]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp
82608eab4f1ba1e937dc4dd56b29a73b5b2a6e20
[stockfish] / 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) 2008-2012 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 #include <cstring>
22 #include <iostream>
23
24 #include "bitboard.h"
25 #include "bitcount.h"
26 #include "misc.h"
27 #include "rkiss.h"
28
29 CACHE_LINE_ALIGNMENT
30
31 Bitboard RMasks[64];
32 Bitboard RMagics[64];
33 Bitboard* RAttacks[64];
34 unsigned RShifts[64];
35
36 Bitboard BMasks[64];
37 Bitboard BMagics[64];
38 Bitboard* BAttacks[64];
39 unsigned BShifts[64];
40
41 Bitboard SquareBB[64];
42 Bitboard FileBB[8];
43 Bitboard RankBB[8];
44 Bitboard AdjacentFilesBB[8];
45 Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
46 Bitboard InFrontBB[2][8];
47 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
48 Bitboard BetweenBB[64][64];
49 Bitboard DistanceRingsBB[64][8];
50 Bitboard ForwardBB[2][64];
51 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
52 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
53 Bitboard PseudoAttacks[6][64];
54
55 int SquareDistance[64][64];
56
57 namespace {
58
59   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
60   const uint64_t DeBruijn_64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
61   const uint32_t DeBruijn_32 = 0x783A9B23;
62
63   CACHE_LINE_ALIGNMENT
64
65   int MS1BTable[256];
66   Square BSFTable[64];
67   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
68   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
69   uint8_t BitCount8Bit[256];
70
71   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
72
73   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
74                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
75
76   FORCE_INLINE unsigned bsf_index(Bitboard b) {
77
78     // Matt Taylor's folding for 32 bit systems, extended to 64 bits by Kim Walisch
79     b ^= (b - 1);
80     return Is64Bit ? (b * DeBruijn_64) >> 58
81                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn_32) >> 26;
82   }
83 }
84
85 /// lsb()/msb() finds the least/most significant bit in a nonzero bitboard.
86 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a nonzero bitboard.
87
88 #if !defined(USE_BSFQ)
89
90 Square lsb(Bitboard b) { return BSFTable[bsf_index(b)]; }
91
92 Square pop_lsb(Bitboard* b) {
93
94   Bitboard bb = *b;
95   *b = bb & (bb - 1);
96   return BSFTable[bsf_index(bb)];
97 }
98
99 Square msb(Bitboard b) {
100
101   unsigned b32;
102   int result = 0;
103
104   if (b > 0xFFFFFFFF)
105   {
106       b >>= 32;
107       result = 32;
108   }
109
110   b32 = unsigned(b);
111
112   if (b32 > 0xFFFF)
113   {
114       b32 >>= 16;
115       result += 16;
116   }
117
118   if (b32 > 0xFF)
119   {
120       b32 >>= 8;
121       result += 8;
122   }
123
124   return (Square)(result + MS1BTable[b32]);
125 }
126
127 #endif // !defined(USE_BSFQ)
128
129
130 /// Bitboards::print() prints a bitboard in an easily readable format to the
131 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
132
133 void Bitboards::print(Bitboard b) {
134
135   sync_cout;
136
137   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
138   {
139       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
140
141       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
142           std::cout << "| " << (b & (file | rank) ? "X " : "  ");
143
144       std::cout << "|\n";
145   }
146   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << sync_endl;
147 }
148
149
150 /// Bitboards::init() initializes various bitboard arrays. It is called during
151 /// program initialization.
152
153 void Bitboards::init() {
154
155   for (int k = 0, i = 0; i < 8; i++)
156       while (k < (2 << i))
157           MS1BTable[k++] = i;
158
159   for (int i = 0; i < 64; i++)
160       BSFTable[bsf_index(1ULL << i)] = Square(i);
161
162   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
163       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
164
165   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
166       SquareBB[s] = 1ULL << s;
167
168   FileBB[FILE_A] = FileABB;
169   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
170
171   for (int i = 1; i < 8; i++)
172   {
173       FileBB[i] = FileBB[i - 1] << 1;
174       RankBB[i] = RankBB[i - 1] << 8;
175   }
176
177   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
178   {
179       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
180       ThisAndAdjacentFilesBB[f] = FileBB[f] | AdjacentFilesBB[f];
181   }
182
183   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; r++)
184       InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
185
186   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
187       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
188       {
189           ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
190           PassedPawnMask[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & ThisAndAdjacentFilesBB[file_of(s)];
191           AttackSpanMask[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
192       }
193
194   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
195       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
196           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
197
198   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
199       for (int d = 1; d < 8; d++)
200           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
201               if (SquareDistance[s1][s2] == d)
202                   DistanceRingsBB[s1][d - 1] |= s2;
203
204   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
205                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
206
207   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
208       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
209           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
210               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
211               {
212                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
213
214                   if (is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
215                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
216               }
217
218   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
219   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
220
221   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
222   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
223
224   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
225   {
226       PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
227       PseudoAttacks[QUEEN][s] |= PseudoAttacks[  ROOK][s] = attacks_bb<  ROOK>(s, 0);
228   }
229
230   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
231       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
232           if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
233           {
234               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
235
236               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
237                   BetweenBB[s1][s2] |= s;
238           }
239 }
240
241
242 namespace {
243
244   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
245
246     Bitboard attack = 0;
247
248     for (int i = 0; i < 4; i++)
249         for (Square s = sq + deltas[i];
250              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
251              s += deltas[i])
252         {
253             attack |= s;
254
255             if (occupied & s)
256                 break;
257         }
258
259     return attack;
260   }
261
262
263   Bitboard pick_random(RKISS& rk, int booster) {
264
265     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
266     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
267     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
268
269     Bitboard m = rk.rand<Bitboard>();
270     m = (m >> s1) | (m << (64 - s1));
271     m &= rk.rand<Bitboard>();
272     m = (m >> s2) | (m << (64 - s2));
273     return m & rk.rand<Bitboard>();
274   }
275
276
277   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
278   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
279   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
280   // use the so called "fancy" approach.
281
282   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
283                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
284
285     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
286                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
287     RKISS rk;
288     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
289     int i, size, booster;
290
291     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
292     attacks[SQ_A1] = table;
293
294     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
295     {
296         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
297         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
298
299         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
300         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
301         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
302         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
303         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
304         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
305         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
306
307         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
308         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
309         b = size = 0;
310         do {
311             occupancy[size] = b;
312             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
313             b = (b - masks[s]) & masks[s];
314         } while (b);
315
316         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
317         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
318         if (s < SQ_H8)
319             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
320
321         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
322
323         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
324         // until we find the one that passes the verification test.
325         do {
326             do magics[s] = pick_random(rk, booster);
327             while (BitCount8Bit[(magics[s] * masks[s]) >> 56] < 6);
328
329             memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
330
331             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
332             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
333             // Note that we build up the database for square 's' as a side
334             // effect of verifying the magic.
335             for (i = 0; i < size; i++)
336             {
337                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
338
339                 if (attack && attack != reference[i])
340                     break;
341
342                 assert(reference[i] != 0);
343
344                 attack = reference[i];
345             }
346         } while (i != size);
347     }
348   }
349 }