7a16597d200e9467cb98e642e23699b7acb878bc
[stockfish] / 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 constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
69   QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
70   CenterFiles, CenterFiles,
71   KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
72 };
73
74 extern uint8_t PopCnt16[1 << 16];
75 extern uint8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
76
77 extern Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
78 extern Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
79 extern Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
80 extern Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
81
82
83 /// Magic holds all magic bitboards relevant data for a single square
84 struct Magic {
85   Bitboard  mask;
86   Bitboard  magic;
87   Bitboard* attacks;
88   unsigned  shift;
89
90   // Compute the attack's index using the 'magic bitboards' approach
91   unsigned index(Bitboard occupied) const {
92
93     if (HasPext)
94         return unsigned(pext(occupied, mask));
95
96     if (Is64Bit)
97         return unsigned(((occupied & mask) * magic) >> shift);
98
99     unsigned lo = unsigned(occupied) & unsigned(mask);
100     unsigned hi = unsigned(occupied >> 32) & unsigned(mask >> 32);
101     return (lo * unsigned(magic) ^ hi * unsigned(magic >> 32)) >> shift;
102   }
103 };
104
105 extern Magic RookMagics[SQUARE_NB];
106 extern Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
107
108 inline Bitboard square_bb(Square s) {
109   assert(s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8);
110   return SquareBB[s];
111 }
112
113 /// Overloads of bitwise operators between a Bitboard and a Square for testing
114 /// whether a given bit is set in a bitboard, and for setting and clearing bits.
115
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 inline Bitboard  operator^( Bitboard  b, Square s) { return b ^  square_bb(s); }
119 inline Bitboard& operator|=(Bitboard& b, Square s) { return b |= square_bb(s); }
120 inline Bitboard& operator^=(Bitboard& b, Square s) { return b ^= square_bb(s); }
121
122 constexpr bool more_than_one(Bitboard b) {
123   return b & (b - 1);
124 }
125
126 inline bool opposite_colors(Square s1, Square s2) {
127   return bool(DarkSquares & s1) != bool(DarkSquares & s2);
128 }
129
130
131 /// rank_bb() and file_bb() return a bitboard representing all the squares on
132 /// the given file or rank.
133
134 inline Bitboard rank_bb(Rank r) {
135   return Rank1BB << (8 * r);
136 }
137
138 inline Bitboard rank_bb(Square s) {
139   return rank_bb(rank_of(s));
140 }
141
142 inline Bitboard file_bb(File f) {
143   return FileABB << f;
144 }
145
146 inline Bitboard file_bb(Square s) {
147   return file_bb(file_of(s));
148 }
149
150
151 /// shift() moves a bitboard one step along direction D
152
153 template<Direction D>
154 constexpr Bitboard shift(Bitboard b) {
155   return  D == NORTH      ?  b             << 8 : D == SOUTH      ?  b             >> 8
156         : D == NORTH+NORTH?  b             <<16 : D == SOUTH+SOUTH?  b             >>16
157         : D == EAST       ? (b & ~FileHBB) << 1 : D == WEST       ? (b & ~FileABB) >> 1
158         : D == NORTH_EAST ? (b & ~FileHBB) << 9 : D == NORTH_WEST ? (b & ~FileABB) << 7
159         : D == SOUTH_EAST ? (b & ~FileHBB) >> 7 : D == SOUTH_WEST ? (b & ~FileABB) >> 9
160         : 0;
161 }
162
163
164 /// pawn_attacks_bb() returns the squares attacked by pawns of the given color
165 /// from the squares in the given bitboard.
166
167 template<Color C>
168 constexpr Bitboard pawn_attacks_bb(Bitboard b) {
169   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) | shift<NORTH_EAST>(b)
170                     : shift<SOUTH_WEST>(b) | shift<SOUTH_EAST>(b);
171 }
172
173
174 /// pawn_double_attacks_bb() returns the squares doubly attacked by pawns of the
175 /// given color from the squares in the given bitboard.
176
177 template<Color C>
178 constexpr Bitboard pawn_double_attacks_bb(Bitboard b) {
179   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) & shift<NORTH_EAST>(b)
180                     : shift<SOUTH_WEST>(b) & shift<SOUTH_EAST>(b);
181 }
182
183
184 /// adjacent_files_bb() returns a bitboard representing all the squares on the
185 /// adjacent files of the given one.
186
187 inline Bitboard adjacent_files_bb(Square s) {
188   return shift<EAST>(file_bb(s)) | shift<WEST>(file_bb(s));
189 }
190
191
192 /// between_bb() returns squares that are linearly between the given squares
193 /// If the given squares are not on a same file/rank/diagonal, return 0.
194
195 inline Bitboard between_bb(Square s1, Square s2) {
196   return LineBB[s1][s2] & ( (AllSquares << (s1 +  (s1 < s2)))
197                            ^(AllSquares << (s2 + !(s1 < s2))));
198 }
199
200
201 /// forward_ranks_bb() returns a bitboard representing the squares on the ranks
202 /// in front of the given one, from the point of view of the given color. For instance,
203 /// forward_ranks_bb(BLACK, SQ_D3) will return the 16 squares on ranks 1 and 2.
204
205 inline Bitboard forward_ranks_bb(Color c, Square s) {
206   return c == WHITE ? ~Rank1BB << 8 * (rank_of(s) - RANK_1)
207                     : ~Rank8BB >> 8 * (RANK_8 - rank_of(s));
208 }
209
210
211 /// forward_file_bb() returns a bitboard representing all the squares along the
212 /// line in front of the given one, from the point of view of the given color.
213
214 inline Bitboard forward_file_bb(Color c, Square s) {
215   return forward_ranks_bb(c, s) & file_bb(s);
216 }
217
218
219 /// pawn_attack_span() returns a bitboard representing all the squares that can
220 /// be attacked by a pawn of the given color when it moves along its file,
221 /// starting from the given square.
222
223 inline Bitboard pawn_attack_span(Color c, Square s) {
224   return forward_ranks_bb(c, s) & adjacent_files_bb(s);
225 }
226
227
228 /// passed_pawn_span() returns a bitboard which can be used to test if a pawn of
229 /// the given color and on the given square is a passed pawn.
230
231 inline Bitboard passed_pawn_span(Color c, Square s) {
232   return forward_ranks_bb(c, s) & (adjacent_files_bb(s) | file_bb(s));
233 }
234
235
236 /// aligned() returns true if the squares s1, s2 and s3 are aligned either on a
237 /// straight or on a diagonal line.
238
239 inline bool aligned(Square s1, Square s2, Square s3) {
240   return LineBB[s1][s2] & s3;
241 }
242
243
244 /// distance() functions return the distance between x and y, defined as the
245 /// number of steps for a king in x to reach y.
246
247 template<typename T1 = Square> inline int distance(Square x, Square y);
248 template<> inline int distance<File>(Square x, Square y) { return std::abs(file_of(x) - file_of(y)); }
249 template<> inline int distance<Rank>(Square x, Square y) { return std::abs(rank_of(x) - rank_of(y)); }
250 template<> inline int distance<Square>(Square x, Square y) { return SquareDistance[x][y]; }
251
252 template<class T> constexpr const T& clamp(const T& v, const T& lo, const T&  hi) {
253   return v < lo ? lo : v > hi ? hi : v;
254 }
255
256 /// attacks_bb() returns a bitboard representing all the squares attacked by a
257 /// piece of type Pt (bishop or rook) placed on 's'.
258
259 template<PieceType Pt>
260 inline Bitboard attacks_bb(Square s, Bitboard occupied) {
261
262   const Magic& m = Pt == ROOK ? RookMagics[s] : BishopMagics[s];
263   return m.attacks[m.index(occupied)];
264 }
265
266 inline Bitboard attacks_bb(PieceType pt, Square s, Bitboard occupied) {
267
268   assert(pt != PAWN);
269
270   switch (pt)
271   {
272   case BISHOP: return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied);
273   case ROOK  : return attacks_bb<  ROOK>(s, occupied);
274   case QUEEN : return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) | attacks_bb<ROOK>(s, occupied);
275   default    : return PseudoAttacks[pt][s];
276   }
277 }
278
279
280 /// popcount() counts the number of non-zero bits in a bitboard
281
282 inline int popcount(Bitboard b) {
283
284 #ifndef USE_POPCNT
285
286   union { Bitboard bb; uint16_t u[4]; } v = { b };
287   return PopCnt16[v.u[0]] + PopCnt16[v.u[1]] + PopCnt16[v.u[2]] + PopCnt16[v.u[3]];
288
289 #elif defined(_MSC_VER) || defined(__INTEL_COMPILER)
290
291   return (int)_mm_popcnt_u64(b);
292
293 #else // Assumed gcc or compatible compiler
294
295   return __builtin_popcountll(b);
296
297 #endif
298 }
299
300
301 /// lsb() and msb() return the least/most significant bit in a non-zero bitboard
302
303 #if defined(__GNUC__)  // GCC, Clang, ICC
304
305 inline Square lsb(Bitboard b) {
306   assert(b);
307   return Square(__builtin_ctzll(b));
308 }
309
310 inline Square msb(Bitboard b) {
311   assert(b);
312   return Square(63 ^ __builtin_clzll(b));
313 }
314
315 #elif defined(_MSC_VER)  // MSVC
316
317 #ifdef _WIN64  // MSVC, WIN64
318
319 inline Square lsb(Bitboard b) {
320   assert(b);
321   unsigned long idx;
322   _BitScanForward64(&idx, b);
323   return (Square) idx;
324 }
325
326 inline Square msb(Bitboard b) {
327   assert(b);
328   unsigned long idx;
329   _BitScanReverse64(&idx, b);
330   return (Square) idx;
331 }
332
333 #else  // MSVC, WIN32
334
335 inline Square lsb(Bitboard b) {
336   assert(b);
337   unsigned long idx;
338
339   if (b & 0xffffffff) {
340       _BitScanForward(&idx, int32_t(b));
341       return Square(idx);
342   } else {
343       _BitScanForward(&idx, int32_t(b >> 32));
344       return Square(idx + 32);
345   }
346 }
347
348 inline Square msb(Bitboard b) {
349   assert(b);
350   unsigned long idx;
351
352   if (b >> 32) {
353       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b >> 32));
354       return Square(idx + 32);
355   } else {
356       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b));
357       return Square(idx);
358   }
359 }
360
361 #endif
362
363 #else  // Compiler is neither GCC nor MSVC compatible
364
365 #error "Compiler not supported."
366
367 #endif
368
369
370 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard
371
372 inline Square pop_lsb(Bitboard* b) {
373   const Square s = lsb(*b);
374   *b &= *b - 1;
375   return s;
376 }
377
378
379 /// frontmost_sq() returns the most advanced square for the given color
380 inline Square frontmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? msb(b) : lsb(b); }
381
382 #endif // #ifndef BITBOARD_H_INCLUDED