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) 2015-2018 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 const Bitboard AllSquares = ~Bitboard(0);
  43 const Bitboard DarkSquares = 0xAA55AA55AA55AA55ULL;
  44
  45 const Bitboard FileABB = 0x0101010101010101ULL;
  46 const Bitboard FileBBB = FileABB << 1;
  47 const Bitboard FileCBB = FileABB << 2;
  48 const Bitboard FileDBB = FileABB << 3;
  49 const Bitboard FileEBB = FileABB << 4;
  50 const Bitboard FileFBB = FileABB << 5;
  51 const Bitboard FileGBB = FileABB << 6;
  52 const Bitboard FileHBB = FileABB << 7;
  53
  54 const Bitboard Rank1BB = 0xFF;
  55 const Bitboard Rank2BB = Rank1BB << (8 * 1);
  56 const Bitboard Rank3BB = Rank1BB << (8 * 2);
  57 const Bitboard Rank4BB = Rank1BB << (8 * 3);
  58 const Bitboard Rank5BB = Rank1BB << (8 * 4);
  59 const Bitboard Rank6BB = Rank1BB << (8 * 5);
  60 const Bitboard Rank7BB = Rank1BB << (8 * 6);
  61 const Bitboard Rank8BB = Rank1BB << (8 * 7);
  62
  63 extern int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  64
  65 extern Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  66 extern Bitboard FileBB[FILE_NB];
  67 extern Bitboard RankBB[RANK_NB];
  68 extern Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  69 extern Bitboard ForwardRanksBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  70 extern Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  71 extern Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  72 extern Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  73 extern Bitboard ForwardFileBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  74 extern Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  75 extern Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  76 extern Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  77 extern Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][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
 106 /// Overloads of bitwise operators between a Bitboard and a Square for testing
 107 /// whether a given bit is set in a bitboard, and for setting and clearing bits.
 108
 109 inline Bitboard operator&(Bitboard b, Square s) {
 110   return b & SquareBB[s];
 111 }
 112
 113 inline Bitboard operator|(Bitboard b, Square s) {
 114   return b | SquareBB[s];
 115 }
 116
 117 inline Bitboard operator^(Bitboard b, Square s) {
 118   return b ^ SquareBB[s];
 119 }
 120
 121 inline Bitboard& operator|=(Bitboard& b, Square s) {
 122   return b |= SquareBB[s];
 123 }
 124
 125 inline Bitboard& operator^=(Bitboard& b, Square s) {
 126   return b ^= SquareBB[s];
 127 }
 128
 129 constexpr bool more_than_one(Bitboard b) {
 130   return b & (b - 1);
 131 }
 132
 133 /// rank_bb() and file_bb() return a bitboard representing all the squares on
 134 /// the given file or rank.
 135
 136 inline Bitboard rank_bb(Rank r) {
 137   return RankBB[r];
 138 }
 139
 140 inline Bitboard rank_bb(Square s) {
 141   return RankBB[rank_of(s)];
 142 }
 143
 144 inline Bitboard file_bb(File f) {
 145   return FileBB[f];
 146 }
 147
 148 inline Bitboard file_bb(Square s) {
 149   return FileBB[file_of(s)];
 150 }
 151
 152
 153 /// make_bitboard() returns a bitboard from a list of squares
 154
 155 constexpr Bitboard make_bitboard() { return 0; }
 156
 157 template<typename ...Squares>
 158 constexpr Bitboard make_bitboard(Square s, Squares... squares) {
 159   return (1ULL << s) | make_bitboard(squares...);
 160 }
 161
 162
 163 /// shift() moves a bitboard one step along direction D (mainly for pawns)
 164
 165 template<Direction D>
 166 constexpr Bitboard shift(Bitboard b) {
 167   return  D == NORTH      ?  b             << 8 : D == SOUTH      ?  b             >> 8
 168         : D == NORTH_EAST ? (b & ~FileHBB) << 9 : D == SOUTH_EAST ? (b & ~FileHBB) >> 7
 169         : D == NORTH_WEST ? (b & ~FileABB) << 7 : D == SOUTH_WEST ? (b & ~FileABB) >> 9
 170         : 0;
 171 }
 172
 173
 174 /// pawn_attacks_bb() returns the pawn attacks for the given color from the
 175 /// squares in the given bitboard.
 176
 177 template<Color C>
 178 constexpr Bitboard pawn_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(File f) {
 188   return AdjacentFilesBB[f];
 189 }
 190
 191
 192 /// between_bb() returns a bitboard representing all the squares between the two
 193 /// given ones. For instance, between_bb(SQ_C4, SQ_F7) returns a bitboard with
 194 /// the bits for square d5 and e6 set. If s1 and s2 are not on the same rank, file
 195 /// or diagonal, 0 is returned.
 196
 197 inline Bitboard between_bb(Square s1, Square s2) {
 198   return BetweenBB[s1][s2];
 199 }
 200
 201
 202 /// forward_ranks_bb() returns a bitboard representing the squares on all the ranks
 203 /// in front of the given one, from the point of view of the given color. For instance,
 204 /// forward_ranks_bb(BLACK, SQ_D3) will return the 16 squares on ranks 1 and 2.
 205
 206 inline Bitboard forward_ranks_bb(Color c, Square s) {
 207   return ForwardRanksBB[c][rank_of(s)];
 208 }
 209
 210
 211 /// forward_file_bb() returns a bitboard representing all the squares along the line
 212 /// in front of the given one, from the point of view of the given color:
 213 ///      ForwardFileBB[c][s] = forward_ranks_bb(c, s) & file_bb(s)
 214
 215 inline Bitboard forward_file_bb(Color c, Square s) {
 216   return ForwardFileBB[c][s];
 217 }
 218
 219
 220 /// pawn_attack_span() returns a bitboard representing all the squares that can be
 221 /// attacked by a pawn of the given color when it moves along its file, starting
 222 /// from the given square:
 223 ///      PawnAttackSpan[c][s] = forward_ranks_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 224
 225 inline Bitboard pawn_attack_span(Color c, Square s) {
 226   return PawnAttackSpan[c][s];
 227 }
 228
 229
 230 /// passed_pawn_mask() returns a bitboard mask which can be used to test if a
 231 /// pawn of the given color and on the given square is a passed pawn:
 232 ///      PassedPawnMask[c][s] = pawn_attack_span(c, s) | forward_file_bb(c, s)
 233
 234 inline Bitboard passed_pawn_mask(Color c, Square s) {
 235   return PassedPawnMask[c][s];
 236 }
 237
 238
 239 /// aligned() returns true if the squares s1, s2 and s3 are aligned either on a
 240 /// straight or on a diagonal line.
 241
 242 inline bool aligned(Square s1, Square s2, Square s3) {
 243   return LineBB[s1][s2] & s3;
 244 }
 245
 246
 247 /// distance() functions return the distance between x and y, defined as the
 248 /// number of steps for a king in x to reach y. Works with squares, ranks, files.
 249
 250 template<typename T> inline int distance(T x, T y) { return x < y ? y - x : x - y; }
 251 template<> inline int distance<Square>(Square x, Square y) { return SquareDistance[x][y]; }
 252
 253 template<typename T1, typename T2> inline int distance(T2 x, T2 y);
 254 template<> inline int distance<File>(Square x, Square y) { return distance(file_of(x), file_of(y)); }
 255 template<> inline int distance<Rank>(Square x, Square y) { return distance(rank_of(x), rank_of(y)); }
 256
 257
 258 /// attacks_bb() returns a bitboard representing all the squares attacked by a
 259 /// piece of type Pt (bishop or rook) placed on 's'.
 260
 261 template<PieceType Pt>
 262 inline Bitboard attacks_bb(Square s, Bitboard occupied) {
 263
 264   const Magic& m = Pt == ROOK ? RookMagics[s] : BishopMagics[s];
 265   return m.attacks[m.index(occupied)];
 266 }
 267
 268 inline Bitboard attacks_bb(PieceType pt, Square s, Bitboard occupied) {
 269
 270   assert(pt != PAWN);
 271
 272   switch (pt)
 273   {
 274   case BISHOP: return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied);
 275   case ROOK  : return attacks_bb<  ROOK>(s, occupied);
 276   case QUEEN : return attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) | attacks_bb<ROOK>(s, occupied);
 277   default    : return PseudoAttacks[pt][s];
 278   }
 279 }
 280
 281
 282 /// popcount() counts the number of non-zero bits in a bitboard
 283
 284 inline int popcount(Bitboard b) {
 285
 286 #ifndef USE_POPCNT
 287
 288   extern uint8_t PopCnt16[1 << 16];
 289   union { Bitboard bb; uint16_t u[4]; } v = { b };
 290   return PopCnt16[v.u[0]] + PopCnt16[v.u[1]] + PopCnt16[v.u[2]] + PopCnt16[v.u[3]];
 291
 292 #elif defined(_MSC_VER) || defined(__INTEL_COMPILER)
 293
 294   return (int)_mm_popcnt_u64(b);
 295
 296 #else // Assumed gcc or compatible compiler
 297
 298   return __builtin_popcountll(b);
 299
 300 #endif
 301 }
 302
 303
 304 /// lsb() and msb() return the least/most significant bit in a non-zero bitboard
 305
 306 #if defined(__GNUC__)
 307
 308 inline Square lsb(Bitboard b) {
 309   assert(b);
 310   return Square(__builtin_ctzll(b));
 311 }
 312
 313 inline Square msb(Bitboard b) {
 314   assert(b);
 315   return Square(63 ^ __builtin_clzll(b));
 316 }
 317
 318 #elif defined(_WIN64) && defined(_MSC_VER)
 319
 320 inline Square lsb(Bitboard b) {
 321   assert(b);
 322   unsigned long idx;
 323   _BitScanForward64(&idx, b);
 324   return (Square) idx;
 325 }
 326
 327 inline Square msb(Bitboard b) {
 328   assert(b);
 329   unsigned long idx;
 330   _BitScanReverse64(&idx, b);
 331   return (Square) idx;
 332 }
 333
 334 #else
 335
 336 #define NO_BSF // Fallback on software implementation for other cases
 337
 338 Square lsb(Bitboard b);
 339 Square msb(Bitboard b);
 340
 341 #endif
 342
 343
 344 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard
 345
 346 inline Square pop_lsb(Bitboard* b) {
 347   const Square s = lsb(*b);
 348   *b &= *b - 1;
 349   return s;
 350 }
 351
 352
 353 /// frontmost_sq() and backmost_sq() return the square corresponding to the
 354 /// most/least advanced bit relative to the given color.
 355
 356 inline Square frontmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? msb(b) : lsb(b); }
 357 inline Square  backmost_sq(Color c, Bitboard b) { return c == WHITE ? lsb(b) : msb(b); }
 358
 359 #endif // #ifndef BITBOARD_H_INCLUDED