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) 2008-2012 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 "rkiss.h"
  27
  28 CACHE_LINE_ALIGNMENT
  29
  30 Bitboard RMasks[64];
  31 Bitboard RMagics[64];
  32 Bitboard* RAttacks[64];
  33 unsigned RShifts[64];
  34
  35 Bitboard BMasks[64];
  36 Bitboard BMagics[64];
  37 Bitboard* BAttacks[64];
  38 unsigned BShifts[64];
  39
  40 Bitboard SquareBB[64];
  41 Bitboard FileBB[8];
  42 Bitboard RankBB[8];
  43 Bitboard AdjacentFilesBB[8];
  44 Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
  45 Bitboard InFrontBB[2][8];
  46 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
  47 Bitboard BetweenBB[64][64];
  48 Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
  49 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
  50 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
  51 Bitboard PseudoAttacks[6][64];
  52
  53 uint8_t BitCount8Bit[256];
  54 int SquareDistance[64][64];
  55
  56 namespace {
  57
  58   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  59
  60   int BSFTable[64];
  61   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  62   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  63
  64   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  65
  66   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  67                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  68 }
  69
  70
  71 /// print_bitboard() prints a bitboard in an easily readable format to the
  72 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
  73
  74 void print_bitboard(Bitboard b) {
  75
  76   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; r--)
  77   {
  78       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
  79       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
  80           std::cout << "| " << ((b & make_square(f, r)) ? "X " : "  ");
  81
  82       std::cout << "|\n";
  83   }
  84   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
  85 }
  86
  87
  88 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  89 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  90 /// nonzero bitboard.
  91
  92 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  93
  94 Square first_1(Bitboard b) {
  95   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  96 }
  97
  98 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
  99   Bitboard bb = *b;
 100   *b &= (*b - 1);
 101   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
 102 }
 103
 104 #elif !defined(USE_BSFQ)
 105
 106 Square first_1(Bitboard b) {
 107   b ^= (b - 1);
 108   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
 109   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
 110 }
 111
 112 // Use type-punning
 113 union b_union {
 114
 115     Bitboard dummy;
 116     struct {
 117 #if defined (BIGENDIAN)
 118         uint32_t h;
 119         uint32_t l;
 120 #else
 121         uint32_t l;
 122         uint32_t h;
 123 #endif
 124     } b;
 125 };
 126
 127 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 128
 129    const b_union u = *((b_union*)b);
 130
 131    if (u.b.l)
 132    {
 133        ((b_union*)b)->b.l = u.b.l & (u.b.l - 1);
 134        return Square(BSFTable[((u.b.l ^ (u.b.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 135    }
 136
 137    ((b_union*)b)->b.h = u.b.h & (u.b.h - 1);
 138    return Square(BSFTable[((~(u.b.h ^ (u.b.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 139 }
 140
 141 Square last_1(Bitboard b) {
 142
 143   int result = 0;
 144
 145   if (b > 0xFFFFFFFF)
 146   {
 147       b >>= 32;
 148       result = 32;
 149   }
 150
 151   if (b > 0xFFFF)
 152   {
 153       b >>= 16;
 154       result += 16;
 155   }
 156
 157   if (b > 0xFF)
 158   {
 159       b >>= 8;
 160       result += 8;
 161   }
 162
 163   return Square(result + BitCount8Bit[b]);
 164 }
 165
 166 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 167
 168 /// bitboards_init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 169 /// program initialization.
 170
 171 void bitboards_init() {
 172
 173   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 174       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
 175
 176   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 177       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 178
 179   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 180   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 181
 182   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 183   {
 184       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 185       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 186   }
 187
 188   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 189   {
 190       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 191       ThisAndAdjacentFilesBB[f] = FileBB[f] | AdjacentFilesBB[f];
 192   }
 193
 194   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 195   {
 196       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 197       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 198   }
 199
 200   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 201       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 202       {
 203           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 204           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_adjacent_files_bb(file_of(s));
 205           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 206       }
 207
 208   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 209       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 210           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 211
 212   for (int i = 0; i < 64; i++)
 213       if (!Is64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 214       {
 215           Bitboard b = 1ULL << i;
 216           b ^= b - 1;
 217           b ^= b >> 32;
 218           BSFTable[(uint32_t)(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 219       }
 220       else
 221           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 222
 223   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 224                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 225
 226   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 227       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 228           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 229               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 230               {
 231                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 232
 233                   if (square_is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 234                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 235               }
 236
 237   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 238   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 239
 240   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
 241   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 242
 243   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 244   {
 245       PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
 246       PseudoAttacks[ROOK][s]   = attacks_bb<ROOK>(s, 0);
 247       PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] | PseudoAttacks[ROOK][s];
 248   }
 249
 250   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 251       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 252           if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
 253           {
 254               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 255
 256               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
 257                   BetweenBB[s1][s2] |= s;
 258           }
 259 }
 260
 261
 262 namespace {
 263
 264   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 265
 266     Bitboard attack = 0;
 267
 268     for (int i = 0; i < 4; i++)
 269         for (Square s = sq + deltas[i];
 270              square_is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 271              s += deltas[i])
 272         {
 273             attack |= s;
 274
 275             if (occupied & s)
 276                 break;
 277         }
 278
 279     return attack;
 280   }
 281
 282
 283   Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 284
 285     Bitboard magic;
 286
 287     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 288     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 289     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 290
 291     while (true)
 292     {
 293         magic = rk.rand<Bitboard>();
 294         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 295         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 296         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 297         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 298
 299         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 300             return magic;
 301     }
 302   }
 303
 304
 305   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 306   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 307   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 308   // use the so called "fancy" approach.
 309
 310   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 311                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 312
 313     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 314                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 315     RKISS rk;
 316     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 317     int i, size, booster;
 318
 319     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 320     attacks[SQ_A1] = table;
 321
 322     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 323     {
 324         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 325         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 326
 327         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 328         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 329         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 330         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 331         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 332         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 333         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 334
 335         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 336         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 337         b = size = 0;
 338         do {
 339             occupancy[size] = b;
 340             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 341             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 342         } while (b);
 343
 344         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 345         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 346         if (s < SQ_H8)
 347             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 348
 349         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 350
 351         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 352         // until we find the one that passes the verification test.
 353         do {
 354             magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
 355             memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 356
 357             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 358             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 359             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 360             // effect of verifying the magic.
 361             for (i = 0; i < size; i++)
 362             {
 363                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 364
 365                 if (attack && attack != reference[i])
 366                     break;
 367
 368                 attack = reference[i];
 369             }
 370         } while (i != size);
 371     }
 372   }
 373 }