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) 2008-2010 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 <cstring>
  21 #include <iostream>
  22
  23 #include "bitboard.h"
  24 #include "bitcount.h"
  25 #include "rkiss.h"
  26
  27 // Global bitboards definitions with static storage duration are
  28 // automatically set to zero before enter main().
  29 Bitboard RMask[64];
  30 Bitboard RMult[64];
  31 Bitboard* RAttacks[64];
  32 int RShift[64];
  33
  34 Bitboard BMask[64];
  35 Bitboard BMult[64];
  36 Bitboard* BAttacks[64];
  37 int BShift[64];
  38
  39 Bitboard SetMaskBB[65];
  40 Bitboard ClearMaskBB[65];
  41
  42 Bitboard SquaresByColorBB[2];
  43 Bitboard FileBB[8];
  44 Bitboard RankBB[8];
  45 Bitboard NeighboringFilesBB[8];
  46 Bitboard ThisAndNeighboringFilesBB[8];
  47 Bitboard InFrontBB[2][8];
  48 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
  49 Bitboard BetweenBB[64][64];
  50 Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
  51 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
  52 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
  53
  54 Bitboard BishopPseudoAttacks[64];
  55 Bitboard RookPseudoAttacks[64];
  56 Bitboard QueenPseudoAttacks[64];
  57
  58 uint8_t BitCount8Bit[256];
  59
  60 namespace {
  61
  62   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  63
  64   int BSFTable[64];
  65   Bitboard RAttacksTable[0x19000];
  66   Bitboard BAttacksTable[0x1480];
  67
  68   void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
  69                             Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]);
  70 }
  71
  72
  73 /// print_bitboard() prints a bitboard in an easily readable format to the
  74 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
  75
  76 void print_bitboard(Bitboard b) {
  77
  78   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; r--)
  79   {
  80       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
  81       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
  82           std::cout << "| " << (bit_is_set(b, make_square(f, r)) ? "X " : "  ");
  83
  84       std::cout << "|\n";
  85   }
  86   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
  87 }
  88
  89
  90 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  91 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  92 /// nonzero bitboard.
  93
  94 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  95
  96 Square first_1(Bitboard b) {
  97   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  98 }
  99
 100 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 101   Bitboard bb = *b;
 102   *b &= (*b - 1);
 103   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
 104 }
 105
 106 #elif !defined(USE_BSFQ)
 107
 108 Square first_1(Bitboard b) {
 109   b ^= (b - 1);
 110   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
 111   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
 112 }
 113
 114 // Use type-punning
 115 union b_union {
 116
 117     Bitboard b;
 118     struct {
 119 #if defined (BIGENDIAN)
 120         uint32_t h;
 121         uint32_t l;
 122 #else
 123         uint32_t l;
 124         uint32_t h;
 125 #endif
 126     } dw;
 127 };
 128
 129 Square pop_1st_bit(Bitboard* bb) {
 130
 131    b_union u;
 132    Square ret;
 133
 134    u.b = *bb;
 135
 136    if (u.dw.l)
 137    {
 138        ret = Square(BSFTable[((u.dw.l ^ (u.dw.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 139        u.dw.l &= (u.dw.l - 1);
 140        *bb = u.b;
 141        return ret;
 142    }
 143    ret = Square(BSFTable[((~(u.dw.h ^ (u.dw.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 144    u.dw.h &= (u.dw.h - 1);
 145    *bb = u.b;
 146    return ret;
 147 }
 148
 149 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 150
 151
 152 /// init_bitboards() initializes various bitboard arrays. It is called during
 153 /// program initialization.
 154
 155 void init_bitboards() {
 156
 157   SquaresByColorBB[DARK]  =  0xAA55AA55AA55AA55ULL;
 158   SquaresByColorBB[LIGHT] = ~SquaresByColorBB[DARK];
 159
 160   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 161   {
 162       SetMaskBB[s] = 1ULL << s;
 163       ClearMaskBB[s] = ~SetMaskBB[s];
 164   }
 165
 166   ClearMaskBB[SQ_NONE] = ~EmptyBoardBB;
 167
 168   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 169   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 170
 171   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 172   {
 173       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 174       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 175   }
 176
 177   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 178   {
 179       NeighboringFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 180       ThisAndNeighboringFilesBB[f] = FileBB[f] | NeighboringFilesBB[f];
 181   }
 182
 183   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 184   {
 185       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 186       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 187   }
 188
 189   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 190       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 191       {
 192           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 193           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_neighboring_files_bb(s);
 194           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & neighboring_files_bb(s);
 195       }
 196
 197   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 198       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)count_1s<CNT32_MAX15>(b);
 199
 200   for (int i = 0; i < 64; i++)
 201       if (!CpuIs64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 202       {
 203           Bitboard b = 1ULL << i;
 204           b ^= b - 1;
 205           b ^= b >> 32;
 206           BSFTable[uint32_t(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 207       }
 208       else
 209           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 210
 211   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 212                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 213
 214   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 215       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 216           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 217               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 218               {
 219                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 220
 221                   if (square_is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 222                       set_bit(&StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s], to);
 223               }
 224
 225   Square RDelta[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 226   Square BDelta[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 227
 228   init_sliding_attacks(BMult, BAttacks, BAttacksTable, BMask, BShift, BDelta);
 229   init_sliding_attacks(RMult, RAttacks, RAttacksTable, RMask, RShift, RDelta);
 230
 231   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 232   {
 233       BishopPseudoAttacks[s] = bishop_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 234       RookPseudoAttacks[s]   = rook_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 235       QueenPseudoAttacks[s]  = queen_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 236   }
 237
 238   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 239       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 240           if (bit_is_set(QueenPseudoAttacks[s1], s2))
 241           {
 242               int f = file_distance(s1, s2);
 243               int r = rank_distance(s1, s2);
 244
 245               Square d = (s2 - s1) / Max(f, r);
 246
 247               for (Square s3 = s1 + d; s3 != s2; s3 += d)
 248                   set_bit(&BetweenBB[s1][s2], s3);
 249           }
 250 }
 251
 252
 253 namespace {
 254
 255   Bitboard sliding_attacks(Square sq, Bitboard occupied, Square delta[]) {
 256
 257     Bitboard attacks = 0;
 258
 259     for (int i = 0; i < 4; i++)
 260     {
 261         Square s = sq + delta[i];
 262
 263         while (square_is_ok(s) && square_distance(s, s - delta[i]) == 1)
 264         {
 265             set_bit(&attacks, s);
 266
 267             if (bit_is_set(occupied, s))
 268                 break;
 269
 270             s += delta[i];
 271         }
 272     }
 273     return attacks;
 274   }
 275
 276   Bitboard pick_magic(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 277
 278     Bitboard magic;
 279
 280     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 281     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 282     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 283
 284     while (true)
 285     {
 286         magic = rk.rand<Bitboard>();
 287         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 288         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 289         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 290         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 291
 292         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 293             return magic;
 294     }
 295   }
 296
 297   void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
 298                             Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]) {
 299
 300     const int  MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 301                                       { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 302     RKISS rk;
 303     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 304     int key, maxKey, index, booster, offset = 0;
 305
 306     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 307     {
 308         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 309
 310         attack[s] = &attTable[offset];
 311         mask[s]   = sliding_attacks(s, EmptyBoardBB, delta) & ~edges;
 312         shift[s]  = (CpuIs64Bit ? 64 : 32) - count_1s<CNT32_MAX15>(mask[s]);
 313
 314         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of mask[s]
 315         b = maxKey = 0;
 316         do {
 317             occupancy[maxKey] = b;
 318             reference[maxKey++] = sliding_attacks(s, b, delta);
 319             b = (b - mask[s]) & mask[s];
 320         } while (b);
 321
 322         offset += maxKey;
 323         booster = MagicBoosters[CpuIs64Bit][square_rank(s)];
 324
 325         // Then find a possible magic and the corresponding attacks
 326         do {
 327             magic[s] = pick_magic(mask[s], rk, booster);
 328             memset(attack[s], 0, maxKey * sizeof(Bitboard));
 329
 330             for (key = 0; key < maxKey; key++)
 331             {
 332                 index = CpuIs64Bit ? unsigned((occupancy[key] * magic[s]) >> shift[s])
 333                                    : unsigned(occupancy[key] * magic[s] ^ (occupancy[key] >> 32) * (magic[s] >> 32)) >> shift[s];
 334
 335                 if (!attack[s][index])
 336                     attack[s][index] = reference[key];
 337
 338                 else if (attack[s][index] != reference[key])
 339                     break;
 340             }
 341         } while (key != maxKey);
 342     }
 343   }
 344 }