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   int MS1BTable[256];
  62   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  63   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  64
  65   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  66
  67   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  68                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  69 }
  70
  71 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  72 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  73 /// nonzero bitboard.
  74
  75 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  76
  77 Square first_1(Bitboard b) {
  78   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  79 }
  80
  81 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
  82   Bitboard bb = *b;
  83   *b &= (*b - 1);
  84   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  85 }
  86
  87 #elif !defined(USE_BSFQ)
  88
  89 Square first_1(Bitboard b) {
  90   b ^= (b - 1);
  91   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
  92   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
  93 }
  94
  95 // Use type-punning
  96 union b_union {
  97
  98     Bitboard dummy;
  99     struct {
 100 #if defined (BIGENDIAN)
 101         uint32_t h;
 102         uint32_t l;
 103 #else
 104         uint32_t l;
 105         uint32_t h;
 106 #endif
 107     } b;
 108 };
 109
 110 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 111
 112    const b_union u = *((b_union*)b);
 113
 114    if (u.b.l)
 115    {
 116        ((b_union*)b)->b.l = u.b.l & (u.b.l - 1);
 117        return Square(BSFTable[((u.b.l ^ (u.b.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 118    }
 119
 120    ((b_union*)b)->b.h = u.b.h & (u.b.h - 1);
 121    return Square(BSFTable[((~(u.b.h ^ (u.b.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 122 }
 123
 124 Square last_1(Bitboard b) {
 125
 126   int result = 0;
 127
 128   if (b > 0xFFFFFFFF)
 129   {
 130       b >>= 32;
 131       result = 32;
 132   }
 133
 134   if (b > 0xFFFF)
 135   {
 136       b >>= 16;
 137       result += 16;
 138   }
 139
 140   if (b > 0xFF)
 141   {
 142       b >>= 8;
 143       result += 8;
 144   }
 145
 146   return Square(result + MS1BTable[b]);
 147 }
 148
 149 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 150
 151
 152 /// Bitboards::print() prints a bitboard in an easily readable format to the
 153 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
 154
 155 void Bitboards::print(Bitboard b) {
 156
 157   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
 158   {
 159       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
 160
 161       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
 162           std::cout << "| " << ((b & make_square(file, rank)) ? "X " : "  ");
 163
 164       std::cout << "|\n";
 165   }
 166   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
 167 }
 168
 169
 170 /// Bitboards::init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 171 /// program initialization.
 172
 173 void Bitboards::init() {
 174
 175   for (int k = 0, i = 0; i < 8; i++)
 176       while (k < (2 << i))
 177           MS1BTable[k++] = i;
 178
 179   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 180       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
 181
 182   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 183       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 184
 185   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 186   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 187
 188   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 189   {
 190       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 191       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 192   }
 193
 194   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 195   {
 196       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 197       ThisAndAdjacentFilesBB[f] = FileBB[f] | AdjacentFilesBB[f];
 198   }
 199
 200   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 201   {
 202       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 203       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 204   }
 205
 206   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 207       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 208       {
 209           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 210           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_adjacent_files_bb(file_of(s));
 211           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 212       }
 213
 214   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 215       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 216           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 217
 218   for (int i = 0; i < 64; i++)
 219       if (!Is64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 220       {
 221           Bitboard b = 1ULL << i;
 222           b ^= b - 1;
 223           b ^= b >> 32;
 224           BSFTable[(uint32_t)(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 225       }
 226       else
 227           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 228
 229   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 230                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 231
 232   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 233       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 234           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 235               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 236               {
 237                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 238
 239                   if (square_is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 240                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 241               }
 242
 243   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 244   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 245
 246   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
 247   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 248
 249   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 250   {
 251       PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
 252       PseudoAttacks[ROOK][s]   = attacks_bb<ROOK>(s, 0);
 253       PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] | PseudoAttacks[ROOK][s];
 254   }
 255
 256   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 257       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 258           if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
 259           {
 260               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 261
 262               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
 263                   BetweenBB[s1][s2] |= s;
 264           }
 265 }
 266
 267
 268 namespace {
 269
 270   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 271
 272     Bitboard attack = 0;
 273
 274     for (int i = 0; i < 4; i++)
 275         for (Square s = sq + deltas[i];
 276              square_is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 277              s += deltas[i])
 278         {
 279             attack |= s;
 280
 281             if (occupied & s)
 282                 break;
 283         }
 284
 285     return attack;
 286   }
 287
 288
 289   Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 290
 291     Bitboard magic;
 292
 293     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 294     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 295     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 296
 297     while (true)
 298     {
 299         magic = rk.rand<Bitboard>();
 300         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 301         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 302         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 303         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 304
 305         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 306             return magic;
 307     }
 308   }
 309
 310
 311   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 312   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 313   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 314   // use the so called "fancy" approach.
 315
 316   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 317                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 318
 319     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 320                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 321     RKISS rk;
 322     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 323     int i, size, booster;
 324
 325     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 326     attacks[SQ_A1] = table;
 327
 328     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 329     {
 330         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 331         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 332
 333         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 334         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 335         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 336         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 337         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 338         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 339         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 340
 341         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 342         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 343         b = size = 0;
 344         do {
 345             occupancy[size] = b;
 346             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 347             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 348         } while (b);
 349
 350         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 351         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 352         if (s < SQ_H8)
 353             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 354
 355         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 356
 357         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 358         // until we find the one that passes the verification test.
 359         do {
 360             magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
 361             memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 362
 363             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 364             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 365             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 366             // effect of verifying the magic.
 367             for (i = 0; i < size; i++)
 368             {
 369                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 370
 371                 if (attack && attack != reference[i])
 372                     break;
 373
 374                 attack = reference[i];
 375             }
 376         } while (i != size);
 377     }
 378   }
 379 }