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