git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5
   6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9   (at your option) any later version.
  10
  11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14   GNU General Public License for more details.
  15
  16   You should have received a copy of the GNU General Public License
  17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 */
  19
  20 #include <algorithm>
  21
  22 #include "bitboard.h"
  23 #include "bitcount.h"
  24 #include "misc.h"
  25
  26 int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  27
  28 Bitboard  RookMasks  [SQUARE_NB];
  29 Bitboard  RookMagics [SQUARE_NB];
  30 Bitboard* RookAttacks[SQUARE_NB];
  31 unsigned  RookShifts [SQUARE_NB];
  32
  33 Bitboard  BishopMasks  [SQUARE_NB];
  34 Bitboard  BishopMagics [SQUARE_NB];
  35 Bitboard* BishopAttacks[SQUARE_NB];
  36 unsigned  BishopShifts [SQUARE_NB];
  37
  38 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  39 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  40 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  41 Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  42 Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  43 Bitboard StepAttacksBB[PIECE_NB][SQUARE_NB];
  44 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  45 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  46 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  47 Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  48 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  49 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  50 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  51
  52 namespace {
  53
  54   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
  55   const uint64_t DeBruijn64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
  56   const uint32_t DeBruijn32 = 0x783A9B23;
  57
  58   int MSBTable[256];            // To implement software msb()
  59   Square BSFTable[SQUARE_NB];   // To implement software bitscan
  60   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
  61   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
  62
  63   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  64
  65   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  66                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  67
  68   // bsf_index() returns the index into BSFTable[] to look up the bitscan. Uses
  69   // Matt Taylor's folding for 32 bit case, extended to 64 bit by Kim Walisch.
  70
  71   unsigned bsf_index(Bitboard b) {
  72     b ^= b - 1;
  73     return Is64Bit ? (b * DeBruijn64) >> 58
  74                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn32) >> 26;
  75   }
  76 }
  77
  78 #ifndef USE_BSFQ
  79
  80 /// Software fall-back of lsb() and msb() for CPU lacking hardware support
  81
  82 Square lsb(Bitboard b) {
  83   return BSFTable[bsf_index(b)];
  84 }
  85
  86 Square msb(Bitboard b) {
  87
  88   unsigned b32;
  89   int result = 0;
  90
  91   if (b > 0xFFFFFFFF)
  92   {
  93       b >>= 32;
  94       result = 32;
  95   }
  96
  97   b32 = unsigned(b);
  98
  99   if (b32 > 0xFFFF)
 100   {
 101       b32 >>= 16;
 102       result += 16;
 103   }
 104
 105   if (b32 > 0xFF)
 106   {
 107       b32 >>= 8;
 108       result += 8;
 109   }
 110
 111   return Square(result + MSBTable[b32]);
 112 }
 113
 114 #endif // ifndef USE_BSFQ
 115
 116
 117 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
 118 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
 119
 120 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
 121
 122   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
 123
 124   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
 125   {
 126       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 127           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
 128
 129       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
 130   }
 131
 132   return s;
 133 }
 134
 135
 136 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
 137 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
 138
 139 void Bitboards::init() {
 140
 141   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 142   {
 143       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 144       BSFTable[bsf_index(SquareBB[s])] = s;
 145   }
 146
 147   for (Bitboard b = 2; b < 256; ++b)
 148       MSBTable[b] = MSBTable[b - 1] + !more_than_one(b);
 149
 150   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 151       FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
 152
 153   for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
 154       RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
 155
 156   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 157       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 158
 159   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 160       InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 161
 162   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 163       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 164       {
 165           ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 166           PawnAttackSpan[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
 167           PassedPawnMask[c][s] = ForwardBB[c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 168       }
 169
 170   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 171       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 172           if (s1 != s2)
 173           {
 174               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
 175               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
 176           }
 177
 178   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 179                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 180
 181   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 182       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
 183           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 184               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 185               {
 186                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 187
 188                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 189                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 190               }
 191
 192   Square RookDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 193   Square BishopDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 194
 195   init_magics(RookTable, RookAttacks, RookMagics, RookMasks, RookShifts, RookDeltas, magic_index<ROOK>);
 196   init_magics(BishopTable, BishopAttacks, BishopMagics, BishopMasks, BishopShifts, BishopDeltas, magic_index<BISHOP>);
 197
 198   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 199   {
 200       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 201       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 202
 203       for (Piece pc = W_BISHOP; pc <= W_ROOK; ++pc)
 204           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 205           {
 206               if (!(PseudoAttacks[pc][s1] & s2))
 207                   continue;
 208
 209               LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pc, s1, 0) & attacks_bb(pc, s2, 0)) | s1 | s2;
 210               BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pc, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pc, s2, SquareBB[s1]);
 211           }
 212   }
 213 }
 214
 215
 216 namespace {
 217
 218   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 219
 220     Bitboard attack = 0;
 221
 222     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 223         for (Square s = sq + deltas[i];
 224              is_ok(s) && distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 225              s += deltas[i])
 226         {
 227             attack |= s;
 228
 229             if (occupied & s)
 230                 break;
 231         }
 232
 233     return attack;
 234   }
 235
 236
 237   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 238   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 239   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 240   // use the so called "fancy" approach.
 241
 242   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 243                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 244
 245     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 246                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 247
 248     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 249     int age[4096] = {0}, current = 0, i, size;
 250
 251     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 252     attacks[SQ_A1] = table;
 253
 254     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 255     {
 256         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 257         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 258
 259         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 260         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 261         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 262         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 263         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 264         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 265         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 266
 267         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 268         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 269         b = size = 0;
 270         do {
 271             occupancy[size] = b;
 272             reference[size] = sliding_attack(deltas, s, b);
 273
 274             if (HasPext)
 275                 attacks[s][pext(b, masks[s])] = reference[size];
 276
 277             size++;
 278             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 279         } while (b);
 280
 281         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 282         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 283         if (s < SQ_H8)
 284             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 285
 286         if (HasPext)
 287             continue;
 288
 289         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 290
 291         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 292         // until we find the one that passes the verification test.
 293         do {
 294             do
 295                 magics[s] = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 296             while (popcount<Max15>((magics[s] * masks[s]) >> 56) < 6);
 297
 298             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 299             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 300             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 301             // effect of verifying the magic.
 302             for (++current, i = 0; i < size; ++i)
 303             {
 304                 unsigned idx = index(s, occupancy[i]);
 305
 306                 if (age[idx] < current)
 307                 {
 308                     age[idx] = current;
 309                     attacks[s][idx] = reference[i];
 310                 }
 311                 else if (attacks[s][idx] != reference[i])
 312                     break;
 313             }
 314         } while (i < size);
 315     }
 316   }
 317 }