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 LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  72 extern Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  73 extern Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  74 extern Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  75 extern Bitboard KingFlank[FILE_NB];
  76 extern Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  77
  78
  79 /// Magic holds all magic bitboards relevant data for a single square
  80 struct Magic {
  81   Bitboard  mask;
  82   Bitboard  magic;
  83   Bitboard* attacks;
  84   unsigned  shift;
  85
  86   // Compute the attack's index using the 'magic bitboards' approach
  87   unsigned index(Bitboard occupied) const {
  88
  89     if (HasPext)
  90         return unsigned(pext(occupied, mask));
  91
  92     if (Is64Bit)
  93         return unsigned(((occupied & mask) * magic) >> shift);
  94
  95     unsigned lo = unsigned(occupied) & unsigned(mask);
  96     unsigned hi = unsigned(occupied >> 32) & unsigned(mask >> 32);
  97     return (lo * unsigned(magic) ^ hi * unsigned(magic >> 32)) >> shift;
  98   }
  99 };
 100
 101 extern Magic RookMagics[SQUARE_NB];
 102 extern Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
 103
 104 inline Bitboard square_bb(Square s) {
 105   assert(s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8);
 106   return SquareBB[s];
 107 }
 108
 109 /// Overloads of bitwise operators between a Bitboard and a Square for testing
 110 /// whether a given bit is set in a bitboard, and for setting and clearing bits.
 111
 112 inline Bitboard  operator&( Bitboard  b, Square s) { return b &  square_bb(s); }
 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
 118 constexpr bool more_than_one(Bitboard b) {
 119   return b & (b - 1);
 120 }
 121
 122 inline bool opposite_colors(Square s1, Square s2) {
 123   return bool(DarkSquares & s1) != bool(DarkSquares & s2);
 124 }
 125
 126
 127 /// rank_bb() and file_bb() return a bitboard representing all the squares on
 128 /// the given file or rank.
 129
 130 inline Bitboard rank_bb(Rank r) {
 131   return Rank1BB << (8 * r);
 132 }
 133
 134 inline Bitboard rank_bb(Square s) {
 135   return rank_bb(rank_of(s));
 136 }
 137
 138 inline Bitboard file_bb(File f) {
 139   return FileABB << f;
 140 }
 141
 142 inline Bitboard file_bb(Square s) {
 143   return file_bb(file_of(s));
 144 }
 145
 146
 147 /// shift() moves a bitboard one step along direction D
 148
 149 template<Direction D>
 150 constexpr Bitboard shift(Bitboard b) {
 151   return  D == NORTH      ?  b             << 8 : D == SOUTH      ?  b             >> 8
 152         : D == EAST       ? (b & ~FileHBB) << 1 : D == WEST       ? (b & ~FileABB) >> 1
 153         : D == NORTH_EAST ? (b & ~FileHBB) << 9 : D == NORTH_WEST ? (b & ~FileABB) << 7
 154         : D == SOUTH_EAST ? (b & ~FileHBB) >> 7 : D == SOUTH_WEST ? (b & ~FileABB) >> 9
 155         : 0;
 156 }
 157
 158
 159 /// pawn_attacks_bb() returns the squares attacked by pawns of the given color
 160 /// from the squares in the given bitboard.
 161
 162 template<Color C>
 163 constexpr Bitboard pawn_attacks_bb(Bitboard b) {
 164   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) | shift<NORTH_EAST>(b)
 165                     : shift<SOUTH_WEST>(b) | shift<SOUTH_EAST>(b);
 166 }
 167
 168
 169 /// pawn_double_attacks_bb() returns the squares doubly attacked by pawns of the
 170 /// given color from the squares in the given bitboard.
 171
 172 template<Color C>
 173 constexpr Bitboard pawn_double_attacks_bb(Bitboard b) {
 174   return C == WHITE ? shift<NORTH_WEST>(b) & shift<NORTH_EAST>(b)
 175                     : shift<SOUTH_WEST>(b) & shift<SOUTH_EAST>(b);
 176 }
 177
 178
 179 /// adjacent_files_bb() returns a bitboard representing all the squares on the
 180 /// adjacent files of the given one.
 181
 182 inline Bitboard adjacent_files_bb(File f) {
 183   return shift<EAST>(file_bb(f)) | shift<WEST>(file_bb(f));
 184 }
 185
 186
 187 /// between_bb() returns squares that are linearly between the given squares
 188 /// If the given squares are not on a same file/rank/diagonal, return 0.
 189
 190 inline Bitboard between_bb(Square s1, Square s2) {
 191   return LineBB[s1][s2] & ( (AllSquares << (s1 +  (s1 < s2)))
 192                            ^(AllSquares << (s2 + !(s1 < s2))));
 193 }
 194
 195
 196 /// forward_ranks_bb() returns a bitboard representing the squares on the ranks
 197 /// in front of the given one, from the point of view of the given color. For instance,
 198 /// forward_ranks_bb(BLACK, SQ_D3) will return the 16 squares on ranks 1 and 2.
 199
 200 inline Bitboard forward_ranks_bb(Color c, Square s) {
 201   return c == WHITE ? ~Rank1BB << 8 * (rank_of(s) - RANK_1)
 202                     : ~Rank8BB >> 8 * (RANK_8 - rank_of(s));
 203 }
 204
 205
 206 /// forward_file_bb() returns a bitboard representing all the squares along the
 207 /// line in front of the given one, from the point of view of the given color.
 208
 209 inline Bitboard forward_file_bb(Color c, Square s) {
 210   return forward_ranks_bb(c, s) & file_bb(s);
 211 }
 212
 213
 214 /// pawn_attack_span() returns a bitboard representing all the squares that can
 215 /// be attacked by a pawn of the given color when it moves along its file,
 216 /// starting from the given square.
 217
 218 inline Bitboard pawn_attack_span(Color c, Square s) {
 219   return forward_ranks_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 220 }
 221
 222
 223 /// passed_pawn_span() returns a bitboard which can be used to test if a pawn of
 224 /// the given color and on the given square is a passed pawn.
 225
 226 inline Bitboard passed_pawn_span(Color c, Square s) {
 227   return forward_ranks_bb(c, s) & (adjacent_files_bb(file_of(s)) | file_bb(s));
 228 }
 229
 230
 231 /// aligned() returns true if the squares s1, s2 and s3 are aligned either on a
 232 /// straight or on a diagonal line.
 233
 234 inline bool aligned(Square s1, Square s2, Square s3) {
 235   return LineBB[s1][s2] & s3;
 236 }
 237
 238
 239 /// distance() functions return the distance between x and y, defined as the
 240 /// number of steps for a king in x to reach y. Works with squares, ranks, files.
 241
 242 template<typename T> inline int distance(T x, T y) { return std::abs(x - y); }
 243 template<> inline int distance<Square>(Square x, Square y) { return SquareDistance[x][y]; }
 244
 245 template<typename T1, typename T2> inline int distance(T2 x, T2 y);
 246 template<> inline int distance<File>(Square x, Square y) { return distance(file_of(x), file_of(y)); }
 247 template<> inline int distance<Rank>(Square x, Square y) { return distance(rank_of(x), rank_of(y)); }
 248
 249 template<class T> constexpr const T& clamp(const T& v, const T& lo, const T&  hi) {
 250   return v < lo ? lo : v > hi ? hi : v;
 251 }
 252
 253 /// attacks_bb() returns a bitboard representing all the squares attacked by a
 254 /// piece of type Pt (bishop or rook) placed on 's'.
 255
 256 template<PieceType Pt>
 257 inline Bitboard attacks_bb(Square s, Bitboard occupied) {
 258
 259   const Magic& m = Pt == ROOK ? RookMagics[s] : BishopMagics[s];
 260   return m.attacks[m.index(occupied)];
 261 }
 262
 263 inline Bitboard attacks_bb(PieceType pt, Square s, Bitboard occupied) {
 264
 265   assert(pt != PAWN);
 266
 267   switch (pt)
 268   {
 269   case BISHOP: return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied);
 270   case ROOK  : return attacks_bb<  ROOK>(s, occupied);
 271   case QUEEN : return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) | attacks_bb<ROOK>(s, occupied);
 272   default    : return PseudoAttacks[pt][s];
 273   }
 274 }
 275
 276
 277 /// popcount() counts the number of non-zero bits in a bitboard
 278
 279 inline int popcount(Bitboard b) {
 280
 281 #ifndef USE_POPCNT
 282
 283   union { Bitboard bb; uint16_t u[4]; } v = { b };
 284   return PopCnt16[v.u[0]] + PopCnt16[v.u[1]] + PopCnt16[v.u[2]] + PopCnt16[v.u[3]];
 285
 286 #elif defined(_MSC_VER) || defined(__INTEL_COMPILER)
 287
 288   return (int)_mm_popcnt_u64(b);
 289
 290 #else // Assumed gcc or compatible compiler
 291
 292   return __builtin_popcountll(b);
 293
 294 #endif
 295 }
 296
 297
 298 /// lsb() and msb() return the least/most significant bit in a non-zero bitboard
 299
 300 #if defined(__GNUC__)  // GCC, Clang, ICC
 301
 302 inline Square lsb(Bitboard b) {
 303   assert(b);
 304   return Square(__builtin_ctzll(b));
 305 }
 306
 307 inline Square msb(Bitboard b) {
 308   assert(b);
 309   return Square(63 ^ __builtin_clzll(b));
 310 }
 311
 312 #elif defined(_MSC_VER)  // MSVC
 313
 314 #ifdef _WIN64  // MSVC, WIN64
 315
 316 inline Square lsb(Bitboard b) {
 317   assert(b);
 318   unsigned long idx;
 319   _BitScanForward64(&idx, b);
 320   return (Square) idx;
 321 }
 322
 323 inline Square msb(Bitboard b) {
 324   assert(b);
 325   unsigned long idx;
 326   _BitScanReverse64(&idx, b);
 327   return (Square) idx;
 328 }
 329
 330 #else  // MSVC, WIN32
 331
 332 inline Square lsb(Bitboard b) {
 333   assert(b);
 334   unsigned long idx;
 335
 336   if (b & 0xffffffff) {
 337       _BitScanForward(&idx, int32_t(b));
 338       return Square(idx);
 339   } else {
 340       _BitScanForward(&idx, int32_t(b >> 32));
 341       return Square(idx + 32);
 342   }
 343 }
 344
 345 inline Square msb(Bitboard b) {
 346   assert(b);
 347   unsigned long idx;
 348
 349   if (b >> 32) {
 350       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b >> 32));
 351       return Square(idx + 32);
 352   } else {
 353       _BitScanReverse(&idx, int32_t(b));
 354       return Square(idx);
 355   }
 356 }
 357
 358 #endif
 359
 360 #else  // Compiler is neither GCC nor MSVC compatible
 361
 362 #error "Compiler not supported."
 363
 364 #endif
 365
 366
 367 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard
 368
 369 inline Square pop_lsb(Bitboard* b) {
 370   const Square s = lsb(*b);
 371   *b &= *b - 1;
 372   return s;
 373 }
 374
 375
 376 /// frontmost_sq() and backmost_sq() return the square corresponding to the
 377 /// most/least advanced bit relative to the given color.
 378
 379 inline Square frontmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? msb(b) : lsb(b); }
 380 inline Square  backmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? lsb(b) : msb(b); }
 381
 382 #endif // #ifndef BITBOARD_H_INCLUDED