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Speedup KPK bitbase of 25%
[stockfish] / src / bitbase.cpp
index c06ca521391fdf466db8b9f68ebe2687a3be1164..700eea9892aa04819a4c27fd490bba36cd74d0a8 100644 (file)
 */
 
 #include <cassert>
+#include <vector>
 
 #include "bitboard.h"
 #include "types.h"
 
 namespace {
 
-  enum Result {
-    RESULT_UNKNOWN,
-    RESULT_INVALID,
-    RESULT_WIN,
-    RESULT_DRAW
-  };
-
-  struct KPKPosition {
-    Result classify_knowns(int index);
-    Result classify(int index, Result db[]);
-
-  private:
-    void from_index(int index);
-    Result classify_white(const Result db[]);
-    Result classify_black(const Result db[]);
-    Bitboard wk_attacks()   const { return StepAttacksBB[W_KING][whiteKingSquare]; }
-    Bitboard bk_attacks()   const { return StepAttacksBB[B_KING][blackKingSquare]; }
-    Bitboard pawn_attacks() const { return StepAttacksBB[W_PAWN][pawnSquare]; }
-
-    Square whiteKingSquare, blackKingSquare, pawnSquare;
-    Color sideToMove;
-  };
-
   // The possible pawns squares are 24, the first 4 files and ranks from 2 to 7
-  const int IndexMax = 2 * 24 * 64 * 64; // color * wp_sq * wk_sq * bk_sq = 196608
+  const unsigned IndexMax = 24*64*64*2; // wp_sq * wk_sq * bk_sq * stm = 196608
 
   // Each uint32_t stores results of 32 positions, one per bit
   uint32_t KPKBitbase[IndexMax / 32];
 
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm);
-}
+  // A KPK bitbase index is an integer in [0, IndexMax] range
+  //
+  // Information is mapped in this way
+  //
+  // bit     0: side to move (WHITE or BLACK)
+  // bit  1- 6: black king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
+  // bit  7-12: white king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
+  // bit 13-14: white pawn file (from FILE_A to FILE_D)
+  // bit 15-17: white pawn 6 - rank (from 6 - RANK_7 to 6 - RANK_2)
+  unsigned index(Color stm, Square bksq, Square wksq, Square psq) {
+    return stm + (bksq << 1) + (wksq << 7) + (file_of(psq) << 13) + ((6 - rank_of(psq)) << 15);
+  }
 
+  enum Result {
+    INVALID = 0,
+    UNKNOWN = 1,
+    DRAW    = 2,
+    WIN     = 4
+  };
 
-uint32_t probe_kpk_bitbase(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm) {
+  inline Result& operator|=(Result& r, Result v) { return r = Result(r | v); }
 
-  int index = compute_index(wksq, bksq, wpsq, stm);
+  struct KPKPosition {
 
-  return KPKBitbase[index / 32] & (1 << (index & 31));
-}
+    void classify_leaf(unsigned idx);
 
+    Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db)
+    { return stm == WHITE ? classify<WHITE>(db) : classify<BLACK>(db); }
 
-void kpk_bitbase_init() {
+    operator Result() const { return res; }
 
-  Result db[IndexMax];
-  KPKPosition pos;
-  int index, bit, repeat = 1;
+  private:
+    template<Color Us> Bitboard k_attacks() const
+    { return StepAttacksBB[KING][Us == WHITE ? wksq : bksq]; }
 
-  // Initialize table
-  for (index = 0; index < IndexMax; index++)
-      db[index] = pos.classify_knowns(index);
+    template<Color Us> Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db);
 
-  // Iterate until all positions are classified (30 cycles needed)
-  while (repeat)
-      for (repeat = index = 0; index < IndexMax; index++)
-          if (   db[index] == RESULT_UNKNOWN
-              && pos.classify(index, db) != RESULT_UNKNOWN)
-              repeat = 1;
+    Color stm;
+    Square bksq, wksq, psq;
+    Result res;
+  };
 
-  // Map 32 position results into one KPKBitbase[] entry
-  for (index = 0; index < IndexMax / 32; index++)
-      for (bit = 0; bit < 32; bit++)
-          if (db[32 * index + bit] == RESULT_WIN)
-              KPKBitbase[index] |= (1 << bit);
-}
+} // namespace
 
 
-namespace {
+bool Bitbases::probe_kpk(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm) {
 
-  // A KPK bitbase index is an integer in [0, IndexMax] range
-  //
-  // Information is mapped in this way
-  //
-  // bit     0: side to move (WHITE or BLACK)
-  // bit  1- 6: black king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
-  // bit  7-12: white king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
-  // bit 13-14: white pawn file (from FILE_A to FILE_D)
-  // bit 15-17: white pawn rank - 1 (from RANK_2 - 1 to RANK_7 - 1)
+  assert(file_of(wpsq) <= FILE_D);
 
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm) {
+  unsigned idx = index(stm, bksq, wksq, wpsq);
+  return KPKBitbase[idx / 32] & (1 << (idx & 31));
+}
 
-    assert(file_of(wpsq) <= FILE_D);
 
-    int p = file_of(wpsq) + 4 * (rank_of(wpsq) - 1);
-    int r = stm + 2 * bksq + 128 * wksq + 8192 * p;
+void Bitbases::init_kpk() {
 
-    assert(r >= 0 && r < IndexMax);
+  unsigned idx, repeat = 1;
+  std::vector<KPKPosition> db(IndexMax);
 
-    return r;
-  }
+  // Initialize db with known win / draw positions
+  for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+      db[idx].classify_leaf(idx);
+
+  // Iterate until all positions are classified (26 cycles needed)
+  while (repeat)
+      for (repeat = idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+          if (db[idx] == UNKNOWN && db[idx].classify(db) != UNKNOWN)
+              repeat = 1;
 
-  void KPKPosition::from_index(int index) {
+  // Map 32 results into one KPKBitbase[] entry
+  for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+      if (db[idx] == WIN)
+          KPKBitbase[idx / 32] |= 1 << (idx & 31);
+}
 
-    int s = index >> 13;
-    sideToMove = Color(index & 1);
-    blackKingSquare = Square((index >> 1) & 63);
-    whiteKingSquare = Square((index >> 7) & 63);
-    pawnSquare = make_square(File(s & 3), Rank((s >> 2) + 1));
-  }
 
-  Result KPKPosition::classify_knowns(int index) {
+namespace {
 
-    from_index(index);
+  void KPKPosition::classify_leaf(unsigned idx) {
 
-    // Check if two pieces are on the same square
-    if (   whiteKingSquare == pawnSquare
-        || whiteKingSquare == blackKingSquare
-        || blackKingSquare == pawnSquare)
-        return RESULT_INVALID;
+    stm  = Color(idx & 1);
+    bksq = Square((idx >> 1) & 0x3F);
+    wksq = Square((idx >> 7) & 0x3F);
+    psq  = File((idx >> 13) & 3) | Rank(6 - (idx >> 15));
 
-    // Check if a king can be captured
-    if (   (wk_attacks() & blackKingSquare)
-        || ((pawn_attacks() & blackKingSquare) && sideToMove == WHITE))
-        return RESULT_INVALID;
+    // Check if two pieces are on the same square or if a king can be captured
+    if (   wksq == psq || wksq == bksq || bksq == psq
+        || (k_attacks<WHITE>() & bksq)
+        || (stm == WHITE && (StepAttacksBB[PAWN][psq] & bksq)))
+        res = INVALID;
 
-    // The position is an immediate win if it is white to move and the
-    // white pawn can be promoted without getting captured.
-    if (   rank_of(pawnSquare) == RANK_7
-        && sideToMove == WHITE
-        && whiteKingSquare != pawnSquare + DELTA_N
-        && (   square_distance(blackKingSquare, pawnSquare + DELTA_N) > 1
-            || (wk_attacks() & (pawnSquare + DELTA_N))))
-        return RESULT_WIN;
+    // The position is an immediate win if it is white to move and the white
+    // pawn can be promoted without getting captured.
+    else if (   rank_of(psq) == RANK_7
+             && stm == WHITE
+             && wksq != psq + DELTA_N
+             && (   square_distance(bksq, psq + DELTA_N) > 1
+                 ||(k_attacks<WHITE>() & (psq + DELTA_N))))
+        res = WIN;
 
     // Check for known draw positions
     //
     // Case 1: Stalemate
-    if (   sideToMove == BLACK
-        && !(bk_attacks() & ~(wk_attacks() | pawn_attacks())))
-        return RESULT_DRAW;
+    else if (   stm == BLACK
+             && !(k_attacks<BLACK>() & ~(k_attacks<WHITE>() | StepAttacksBB[PAWN][psq])))
+        res = DRAW;
 
-    // Case 2: King can capture pawn
-    if (   sideToMove == BLACK
-        && (bk_attacks() & pawnSquare) && !(wk_attacks() & pawnSquare))
-        return RESULT_DRAW;
+    // Case 2: King can capture undefended pawn
+    else if (   stm == BLACK
+             && (k_attacks<BLACK>() & psq & ~k_attacks<WHITE>()))
+        res = DRAW;
 
     // Case 3: Black king in front of white pawn
-    if (   blackKingSquare == pawnSquare + DELTA_N
-        && rank_of(pawnSquare) < RANK_7)
-        return RESULT_DRAW;
+    else if (   bksq == psq + DELTA_N
+             && rank_of(psq) < RANK_7)
+        res = DRAW;
 
-    //  Case 4: White king in front of pawn and black has opposition
-    if (   whiteKingSquare == pawnSquare + DELTA_N
-        && blackKingSquare == pawnSquare + DELTA_N + DELTA_N + DELTA_N
-        && rank_of(pawnSquare) < RANK_5
-        && sideToMove == WHITE)
-        return RESULT_DRAW;
+    // Case 4: White king in front of pawn and black has opposition
+    else if (   stm == WHITE
+             && wksq == psq + DELTA_N
+             && bksq == wksq + DELTA_N + DELTA_N
+             && rank_of(psq) < RANK_5)
+        res = DRAW;
 
     // Case 5: Stalemate with rook pawn
-    if (   blackKingSquare == SQ_A8
-        && file_of(pawnSquare) == FILE_A)
-        return RESULT_DRAW;
-
-    return RESULT_UNKNOWN;
-  }
-
-  Result KPKPosition::classify(int index, Result db[]) {
-
-    from_index(index);
-    db[index] = (sideToMove == WHITE ? classify_white(db) : classify_black(db));
-    return db[index];
+    else if (   bksq == SQ_A8
+             && file_of(psq) == FILE_A)
+        res = DRAW;
+
+    // Case 6: White king trapped on the rook file
+    else if (   file_of(wksq) == FILE_A
+             && file_of(psq) == FILE_A
+             && rank_of(wksq) > rank_of(psq)
+             && bksq == wksq + 2)
+        res = DRAW;
+
+    else
+        res = UNKNOWN;
   }
 
-  Result KPKPosition::classify_white(const Result db[]) {
+  template<Color Us>
+  Result KPKPosition::classify(const std::vector<KPKPosition>& db) {
 
-    // If one move leads to a position classified as RESULT_WIN, the result
-    // of the current position is RESULT_WIN. If all moves lead to positions
-    // classified as RESULT_DRAW, the current position is classified RESULT_DRAW
-    // otherwise the current position is classified as RESULT_UNKNOWN.
+    // White to Move: If one move leads to a position classified as RESULT_WIN,
+    // the result of the current position is RESULT_WIN. If all moves lead to
+    // positions classified as RESULT_DRAW, the current position is classified
+    // RESULT_DRAW otherwise the current position is classified as RESULT_UNKNOWN.
+    //
+    // Black to Move: If one move leads to a position classified as RESULT_DRAW,
+    // the result of the current position is RESULT_DRAW. If all moves lead to
+    // positions classified as RESULT_WIN, the position is classified RESULT_WIN.
+    // Otherwise, the current position is classified as RESULT_UNKNOWN.
 
-    bool unknownFound = false;
-    Bitboard b;
-    Square s;
-    Result r;
+    Result r = INVALID;
+    Bitboard b = k_attacks<Us>();
 
-    // King moves
-    b = wk_attacks();
     while (b)
     {
-        s = pop_1st_bit(&b);
-        r = db[compute_index(s, blackKingSquare, pawnSquare, BLACK)];
+        r |= Us == WHITE ? db[index(BLACK, bksq, pop_lsb(&b), psq)]
+                         : db[index(WHITE, pop_lsb(&b), wksq, psq)];
 
-        if (r == RESULT_WIN)
-            return RESULT_WIN;
+        if (Us == WHITE && (r & WIN))
+            return res = WIN;
 
-        if (r == RESULT_UNKNOWN)
-            unknownFound = true;
+        if (Us == BLACK && (r & DRAW))
+            return res = DRAW;
     }
 
-    // Pawn moves
-    if (rank_of(pawnSquare) < RANK_7)
+    if (Us == WHITE && rank_of(psq) < RANK_7)
     {
-        s = pawnSquare + DELTA_N;
-        r = db[compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, s, BLACK)];
-
-        if (r == RESULT_WIN)
-            return RESULT_WIN;
-
-        if (r == RESULT_UNKNOWN)
-            unknownFound = true;
+        Square s = psq + DELTA_N;
+        r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s)]; // Single push
 
-        // Double pawn push
-        if (rank_of(s) == RANK_3 && r != RESULT_INVALID)
-        {
-            s += DELTA_N;
-            r = db[compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, s, BLACK)];
+        if (rank_of(s) == RANK_3 && s != wksq && s != bksq)
+            r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s + DELTA_N)]; // Double push
 
-            if (r == RESULT_WIN)
-                return RESULT_WIN;
-
-            if (r == RESULT_UNKNOWN)
-                unknownFound = true;
-        }
+        if (r & WIN)
+            return res = WIN;
     }
-    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_DRAW;
-  }
 
-  Result KPKPosition::classify_black(const Result db[]) {
-
-    // If one move leads to a position classified as RESULT_DRAW, the result
-    // of the current position is RESULT_DRAW. If all moves lead to positions
-    // classified as RESULT_WIN, the position is classified as RESULT_WIN.
-    // Otherwise, the current position is classified as RESULT_UNKNOWN.
-
-    bool unknownFound = false;
-    Bitboard b;
-    Square s;
-    Result r;
-
-    // King moves
-    b = bk_attacks();
-    while (b)
-    {
-        s = pop_1st_bit(&b);
-        r = db[compute_index(whiteKingSquare, s, pawnSquare, WHITE)];
-
-        if (r == RESULT_DRAW)
-            return RESULT_DRAW;
-
-        if (r == RESULT_UNKNOWN)
-            unknownFound = true;
-    }
-    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_WIN;
+    return res = r & UNKNOWN ? UNKNOWN : Us == WHITE ? DRAW : WIN;
   }
 
 }