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

   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   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #ifndef BITBOARD_H_INCLUDED
  22 #define BITBOARD_H_INCLUDED
  23
  24 #include <string>
  25
  26 #include "types.h"
  27
  28 namespace Bitbases {
  29
  30 void init();
  31 bool probe(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color us);
  32
  33 }
  34
  35 namespace Bitboards {
  36
  37 void init();
  38 const std::string pretty(Bitboard b);
  39
  40 }
  41
  42 constexpr Bitboard AllSquares = ~Bitboard(0);
  43 constexpr Bitboard DarkSquares = 0xAA55AA55AA55AA55ULL;
  44
  45 constexpr Bitboard FileABB = 0x0101010101010101ULL;
  46 constexpr Bitboard FileBBB = FileABB << 1;
  47 constexpr Bitboard FileCBB = FileABB << 2;
  48 constexpr Bitboard FileDBB = FileABB << 3;
  49 constexpr Bitboard FileEBB = FileABB << 4;
  50 constexpr Bitboard FileFBB = FileABB << 5;
  51 constexpr Bitboard FileGBB = FileABB << 6;
  52 constexpr Bitboard FileHBB = FileABB << 7;
  53
  54 constexpr Bitboard Rank1BB = 0xFF;
  55 constexpr Bitboard Rank2BB = Rank1BB << (8 * 1);
  56 constexpr Bitboard Rank3BB = Rank1BB << (8 * 2);
  57 constexpr Bitboard Rank4BB = Rank1BB << (8 * 3);
  58 constexpr Bitboard Rank5BB = Rank1BB << (8 * 4);
  59 constexpr Bitboard Rank6BB = Rank1BB << (8 * 5);
  60 constexpr Bitboard Rank7BB = Rank1BB << (8 * 6);
  61 constexpr Bitboard Rank8BB = Rank1BB << (8 * 7);
  62
  63 constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  64 constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  65 constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  66 constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  67
  68 extern uint8_t PopCnt16[1 << 16];
  69 extern uint8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  70
  71 extern Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  72 extern Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  73 extern Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  74 extern Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  75 extern Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  76 extern Bitboard KingFlank[FILE_NB];
  77 extern Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  78
  79
  80 /// Magic holds all magic bitboards relevant data for a single square
  81 struct Magic {
  82   Bitboard  mask;
  83   Bitboard  magic;
  84   Bitboard* attacks;
  85   unsigned  shift;
  86
  87   // Compute the attack's index using the 'magic bitboards' approach
  88   unsigned index(Bitboard occupied) const {
  89
  90     if (HasPext)
  91         return unsigned(pext(occupied, mask));
  92
  93     if (Is64Bit)
  94         return unsigned(((occupied & mask) * magic) >> shift);
  95
  96     unsigned lo = unsigned(occupied) & unsigned(mask);
  97     unsigned hi = unsigned(occupied >> 32) & unsigned(mask >> 32);
  98     return (lo * unsigned(magic) ^ hi * unsigned(magic >> 32)) >> shift;
  99   }
 100 };
 101
 102 extern Magic RookMagics[SQUARE_NB];
 103 extern Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
 104
 105 inline Bitboard square_bb(Square s) {
 106   assert(s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8);
 107   return SquareBB[s];
 108 }
 109
 110 /// Overloads of bitwise operators between a Bitboard and a Square for testing
 111 /// whether a given bit is set in a bitboard, and for setting and clearing bits.
 112
 113 inline Bitboard  operator&( Bitboard  b, Square s) { return b &  square_bb(s); }
 114 inline Bitboard  operator|( Bitboard  b, Square s) { return b |  square_bb(s); }
 115 inline Bitboard  operator^( Bitboard  b, Square s) { return b ^  square_bb(s); }
 116 inline Bitboard& operator|=(Bitboard& b, Square s) { return b |= square_bb(s); }
 117 inline Bitboard& operator^=(Bitboard& b, Square s) { return b ^= square_bb(s); }
 118
 119 constexpr bool more_than_one(Bitboard b) {
 120   return b & (b - 1);
 121 }
 122
 123 inline bool opposite_colors(Square s1, Square s2) {
 124   return bool(DarkSquares & s1) != bool(DarkSquares & s2);
 125 }
 126
 127
 128 /// rank_bb() and file_bb() return a bitboard representing all the squares on
 129 /// the given file or rank.
 130
 131 inline Bitboard rank_bb(Rank r) {
 132   return Rank1BB << (8 * r);
 133 }
 134
 135 inline Bitboard rank_bb(Square s) {
 136   return rank_bb(rank_of(s));
 137 }
 138
 139 inline Bitboard file_bb(File f) {
 140   return FileABB << f;
 141 }
 142
 143 inline Bitboard file_bb(Square s) {
 144   return file_bb(file_of(s));
 145 }
 146
 147
 148 /// shift() moves a bitboard one step along direction D
 149
 150 template<Direction D>
 151 constexpr Bitboard shift(Bitboard b) {
 152   return  D == NORTH      ?  b             << 8 : D == SOUTH      ?  b             >> 8
 153         : D == EAST       ? (b & ~FileHBB) << 1 : D == WEST       ? (b & ~FileABB) >> 1
 154         : D == NORTH_EAST ? (b & ~FileHBB) << 9 : D == NORTH_WEST ? (b & ~FileABB) << 7
 155         : D == SOUTH_EAST ? (b & ~FileHBB) >> 7 : D == SOUTH_WEST ? (b & ~FileABB) >> 9
 156         : 0;
 157 }
 158
 159
 160 /// pawn_attacks_bb() returns the squares attacked by pawns of the given color
 161 /// from the squares in the given bitboard.
 162
 163 template<Color C>
 164 constexpr Bitboard pawn_attacks_bb(Bitboard b) {
 165   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) | shift<NORTH_EAST>(b)
 166                     : shift<SOUTH_WEST>(b) | shift<SOUTH_EAST>(b);
 167 }
 168
 169
 170 /// pawn_double_attacks_bb() returns the squares doubly attacked by pawns of the
 171 /// given color from the squares in the given bitboard.
 172
 173 template<Color C>
 174 constexpr Bitboard pawn_double_attacks_bb(Bitboard b) {
 175   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) & shift<NORTH_EAST>(b)
 176                     : shift<SOUTH_WEST>(b) & shift<SOUTH_EAST>(b);
 177 }
 178
 179
 180 /// adjacent_files_bb() returns a bitboard representing all the squares on the
 181 /// adjacent files of the given one.
 182
 183 inline Bitboard adjacent_files_bb(File f) {
 184   return shift<EAST>(file_bb(f)) | shift<WEST>(file_bb(f));
 185 }
 186
 187
 188 /// between_bb() returns a bitboard representing all the squares between the two
 189 /// given ones. For instance, between_bb(SQ_C4, SQ_F7) returns a bitboard with
 190 /// the bits for square d5 and e6 set. If s1 and s2 are not on the same rank,
 191 /// file or diagonal, 0 is returned.
 192
 193 inline Bitboard between_bb(Square s1, Square s2) {
 194   return BetweenBB[s1][s2];
 195 }
 196
 197
 198 /// forward_ranks_bb() returns a bitboard representing the squares on the ranks
 199 /// in front of the given one, from the point of view of the given color. For instance,
 200 /// forward_ranks_bb(BLACK, SQ_D3) will return the 16 squares on ranks 1 and 2.
 201
 202 inline Bitboard forward_ranks_bb(Color c, Square s) {
 203   return c == WHITE ? ~Rank1BB << 8 * (rank_of(s) - RANK_1)
 204                     : ~Rank8BB >> 8 * (RANK_8 - rank_of(s));
 205 }
 206
 207
 208 /// forward_file_bb() returns a bitboard representing all the squares along the
 209 /// line in front of the given one, from the point of view of the given color.
 210
 211 inline Bitboard forward_file_bb(Color c, Square s) {
 212   return forward_ranks_bb(c, s) & file_bb(s);
 213 }
 214
 215
 216 /// pawn_attack_span() returns a bitboard representing all the squares that can
 217 /// be attacked by a pawn of the given color when it moves along its file,
 218 /// starting from the given square.
 219
 220 inline Bitboard pawn_attack_span(Color c, Square s) {
 221   return forward_ranks_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 222 }
 223
 224
 225 /// passed_pawn_span() returns a bitboard which can be used to test if a pawn of
 226 /// the given color and on the given square is a passed pawn.
 227
 228 inline Bitboard passed_pawn_span(Color c, Square s) {
 229   return forward_ranks_bb(c, s) & (adjacent_files_bb(file_of(s)) | file_bb(s));
 230 }
 231
 232
 233 /// aligned() returns true if the squares s1, s2 and s3 are aligned either on a
 234 /// straight or on a diagonal line.
 235
 236 inline bool aligned(Square s1, Square s2, Square s3) {
 237   return LineBB[s1][s2] & s3;
 238 }
 239
 240
 241 /// distance() functions return the distance between x and y, defined as the
 242 /// number of steps for a king in x to reach y. Works with squares, ranks, files.
 243
 244 template<typename T> inline int distance(T x, T y) { return std::abs(x - y); }
 245 template<> inline int distance<Square>(Square x, Square y) { return SquareDistance[x][y]; }
 246
 247 template<typename T1, typename T2> inline int distance(T2 x, T2 y);
 248 template<> inline int distance<File>(Square x, Square y) { return distance(file_of(x), file_of(y)); }
 249 template<> inline int distance<Rank>(Square x, Square y) { return distance(rank_of(x), rank_of(y)); }
 250
 251 template<class T> constexpr const T& clamp(const T& v, const T& lo, const T&  hi) {
 252   return v < lo ? lo : v > hi ? hi : v;
 253 }
 254
 255 /// attacks_bb() returns a bitboard representing all the squares attacked by a
 256 /// piece of type Pt (bishop or rook) placed on 's'.
 257
 258 template<PieceType Pt>
 259 inline Bitboard attacks_bb(Square s, Bitboard occupied) {
 260
 261   const Magic& m = Pt == ROOK ? RookMagics[s] : BishopMagics[s];
 262   return m.attacks[m.index(occupied)];
 263 }
 264
 265 inline Bitboard attacks_bb(PieceType pt, Square s, Bitboard occupied) {
 266
 267   assert(pt != PAWN);
 268
 269   switch (pt)
 270   {
 271   case BISHOP: return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied);
 272   case ROOK  : return attacks_bb<  ROOK>(s, occupied);
 273   case QUEEN : return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) | attacks_bb<ROOK>(s, occupied);
 274   default    : return PseudoAttacks[pt][s];
 275   }
 276 }
 277
 278
 279 /// popcount() counts the number of non-zero bits in a bitboard
 280
 281 inline int popcount(Bitboard b) {
 282
 283 #ifndef USE_POPCNT
 284
 285   union { Bitboard bb; uint16_t u[4]; } v = { b };
 286   return PopCnt16[v.u[0]] + PopCnt16[v.u[1]] + PopCnt16[v.u[2]] + PopCnt16[v.u[3]];
 287
 288 #elif defined(_MSC_VER) || defined(__INTEL_COMPILER)
 289
 290   return (int)_mm_popcnt_u64(b);
 291
 292 #else // Assumed gcc or compatible compiler
 293
 294   return __builtin_popcountll(b);
 295
 296 #endif
 297 }
 298
 299
 300 /// lsb() and msb() return the least/most significant bit in a non-zero bitboard
 301
 302 #if defined(__GNUC__)  // GCC, Clang, ICC
 303
 304 inline Square lsb(Bitboard b) {
 305   assert(b);
 306   return Square(__builtin_ctzll(b));
 307 }
 308
 309 inline Square msb(Bitboard b) {
 310   assert(b);
 311   return Square(63 ^ __builtin_clzll(b));
 312 }
 313
 314 #elif defined(_MSC_VER)  // MSVC
 315
 316 #ifdef _WIN64  // MSVC, WIN64
 317
 318 inline Square lsb(Bitboard b) {
 319   assert(b);
 320   unsigned long idx;
 321   _BitScanForward64(&idx, b);
 322   return (Square) idx;
 323 }
 324
 325 inline Square msb(Bitboard b) {
 326   assert(b);
 327   unsigned long idx;
 328   _BitScanReverse64(&idx, b);
 329   return (Square) idx;
 330 }
 331
 332 #else  // MSVC, WIN32
 333
 334 inline Square lsb(Bitboard b) {
 335   assert(b);
 336   unsigned long idx;
 337
 338   if (b & 0xffffffff) {
 339       _BitScanForward(&idx, int32_t(b));
 340       return Square(idx);
 341   } else {
 342       _BitScanForward(&idx, int32_t(b >> 32));
 343       return Square(idx + 32);
 344   }
 345 }
 346
 347 inline Square msb(Bitboard b) {
 348   assert(b);
 349   unsigned long idx;
 350
 351   if (b >> 32) {
 352       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b >> 32));
 353       return Square(idx + 32);
 354   } else {
 355       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b));
 356       return Square(idx);
 357   }
 358 }
 359
 360 #endif
 361
 362 #else  // Compiler is neither GCC nor MSVC compatible
 363
 364 #error "Compiler not supported."
 365
 366 #endif
 367
 368
 369 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard
 370
 371 inline Square pop_lsb(Bitboard* b) {
 372   const Square s = lsb(*b);
 373   *b &= *b - 1;
 374   return s;
 375 }
 376
 377
 378 /// frontmost_sq() and backmost_sq() return the square corresponding to the
 379 /// most/least advanced bit relative to the given color.
 380
 381 inline Square frontmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? msb(b) : lsb(b); }
 382 inline Square  backmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? lsb(b) : msb(b); }
 383
 384 #endif // #ifndef BITBOARD_H_INCLUDED