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[stockfish] / src / bitbase.cpp
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 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
 */
 
 #include <cassert>
+#include <vector>
 
 #include "bitboard.h"
 #include "types.h"
 
 namespace {
 
-  enum Result {
-    RESULT_UNKNOWN,
-    RESULT_INVALID,
-    RESULT_WIN,
-    RESULT_LOSS,
-    RESULT_DRAW
-  };
+  // The possible pawns squares are 24, the first 4 files and ranks from 2 to 7
+  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];
+
+  // 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)
+  unsigned index(Color stm, Square bksq, Square wksq, Square psq) {
+    return stm + (bksq << 1) + (wksq << 7) + (file_of(psq) << 13) + ((rank_of(psq) - 1) << 15);
+  }
 
-  struct KPKPosition {
-    void from_index(int index);
-    bool is_legal() const;
-    bool is_immediate_draw() const;
-    bool is_immediate_win() const;
-    Bitboard wk_attacks()   const { return StepAttacksBB[WK][whiteKingSquare]; }
-    Bitboard bk_attacks()   const { return StepAttacksBB[BK][blackKingSquare]; }
-    Bitboard pawn_attacks() const { return StepAttacksBB[WP][pawnSquare]; }
-
-    Square whiteKingSquare, blackKingSquare, pawnSquare;
-    Color sideToMove;
+  enum Result {
+    INVALID = 0,
+    UNKNOWN = 1,
+    DRAW    = 2,
+    WIN     = 4
   };
 
-  const int IndexMax = 2 * 24 * 64 * 64;
-
-  Result classify_wtm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]);
-  Result classify_btm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]);
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square psq, Color stm);
-}
-
+  inline Result& operator|=(Result& r, Result v) { return r = Result(r | v); }
 
-void generate_kpk_bitbase(uint8_t bitbase[]) {
+  struct KPKPosition {
 
-  bool repeat;
-  int i, j, b;
-  KPKPosition pos;
-  Result bb[IndexMax];
+    void classify_leaf(unsigned idx);
 
-  // Initialize table
-  for (i = 0; i < IndexMax; i++)
-  {
-      pos.from_index(i);
-      bb[i] = !pos.is_legal()          ? RESULT_INVALID
-             : pos.is_immediate_draw() ? RESULT_DRAW
-             : pos.is_immediate_win()  ? RESULT_WIN : RESULT_UNKNOWN;
-  }
+    Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db)
+    { return stm == WHITE ? classify<WHITE>(db) : classify<BLACK>(db); }
 
-  // Iterate until all positions are classified (30 cycles needed)
-  do {
-      repeat = false;
-
-      for (i = 0; i < IndexMax; i++)
-          if (bb[i] == RESULT_UNKNOWN)
-          {
-              pos.from_index(i);
-
-              bb[i] = (pos.sideToMove == WHITE) ? classify_wtm(pos, bb)
-                                                : classify_btm(pos, bb);
-              if (bb[i] != RESULT_UNKNOWN)
-                  repeat = true;
-          }
-
-  } while (repeat);
-
-  // Compress result and map into supplied bitbase parameter
-  for (i = 0; i < 24576; i++)
-  {
-      b = 0;
-      for (j = 0; j < 8; j++)
-          if (bb[8*i+j] == RESULT_WIN || bb[8*i+j] == RESULT_LOSS)
-              b |= (1 << j);
-
-      bitbase[i] = (uint8_t)b;
-  }
-}
+    operator Result() const { return res; }
 
+  private:
+    template<Color Us> Bitboard k_attacks() const
+    { return StepAttacksBB[KING][Us == WHITE ? wksq : bksq]; }
 
-namespace {
+    template<Color Us> Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db);
 
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square psq, Color stm) {
+    Color stm;
+    Square bksq, wksq, psq;
+    Result res;
+  };
 
-      int p = int(square_file(psq)) + (int(square_rank(psq)) - 1) * 4;
-      int r = int(stm) + 2 * int(bksq) + 128 * int(wksq) + 8192 * p;
+} // namespace
 
-      assert(r >= 0 && r < IndexMax);
 
-      return r;
-  }
+bool Bitbases::probe_kpk(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm) {
 
-  void KPKPosition::from_index(int index) {
+  assert(file_of(wpsq) <= FILE_D);
 
-    int s = (index / 8192) % 24;
+  unsigned idx = index(stm, bksq, wksq, wpsq);
+  return KPKBitbase[idx / 32] & (1 << (idx & 31));
+}
 
-    sideToMove = Color(index % 2);
-    blackKingSquare = Square((index / 2) % 64);
-    whiteKingSquare = Square((index / 128) % 64);
-    pawnSquare = make_square(File(s % 4), Rank(s / 4 + 1));
-  }
 
-  bool KPKPosition::is_legal() const {
+void Bitbases::init_kpk() {
 
-    if (   whiteKingSquare == pawnSquare
-        || whiteKingSquare == blackKingSquare
-        || pawnSquare == blackKingSquare)
-        return false;
+  unsigned idx, repeat = 1;
+  std::vector<KPKPosition> db(IndexMax);
 
-    if (sideToMove == WHITE)
-    {
-        if (   bit_is_set(wk_attacks(), blackKingSquare)
-            || bit_is_set(pawn_attacks(), blackKingSquare))
-            return false;
-    }
-    else if (bit_is_set(bk_attacks(), whiteKingSquare))
-        return false;
+  // Initialize db with known win / draw positions
+  for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+      db[idx].classify_leaf(idx);
 
-    return true;
-  }
+  // Iterate until all positions are classified (30 cycles needed)
+  while (repeat)
+      for (repeat = idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+          if (db[idx] == UNKNOWN && db[idx].classify(db) != UNKNOWN)
+              repeat = 1;
+
+  // Map 32 results into one KPKBitbase[] entry
+  for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
+      if (db[idx] == WIN)
+          KPKBitbase[idx / 32] |= 1 << (idx & 31);
+}
 
-  bool KPKPosition::is_immediate_draw() const {
 
-    if (sideToMove == BLACK)
-    {
-        Bitboard wka = wk_attacks();
-        Bitboard bka = bk_attacks();
+namespace {
 
-        // Case 1: Stalemate
-        if ((bka & ~(wka | pawn_attacks())) == EmptyBoardBB)
-            return true;
+  void KPKPosition::classify_leaf(unsigned idx) {
+
+    stm  = Color(idx & 1);
+    bksq = Square((idx >> 1) & 0x3F);
+    wksq = Square((idx >> 7) & 0x3F);
+    psq  = File((idx >> 13) & 3) | Rank((idx >> 15) + 1);
+
+    // 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.
+    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
+    else if (   stm == BLACK
+             && !(k_attacks<BLACK>() & ~(k_attacks<WHITE>() | StepAttacksBB[PAWN][psq])))
+        res = 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
+    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
+    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
+    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;
 
-        // Case 2: King can capture pawn
-        if (bit_is_set(bka, pawnSquare) && !bit_is_set(wka, pawnSquare))
-            return true;
-    }
     else
-    {
-        // Case 1: Stalemate
-        if (   whiteKingSquare == SQ_A8
-            && pawnSquare == SQ_A7
-            && (blackKingSquare == SQ_C7 || blackKingSquare == SQ_C8))
-            return true;
-
-        if (   whiteKingSquare == SQ_H8
-            && pawnSquare == SQ_H7
-            && (blackKingSquare == SQ_F7 || blackKingSquare == SQ_F8))
-            return true;
-    }
-    return false;
+        res = UNKNOWN;
   }
 
-  bool KPKPosition::is_immediate_win() const {
+  template<Color Us>
+  Result KPKPosition::classify(const std::vector<KPKPosition>& db) {
 
-    // The position is an immediate win if it is white to move and the
-    // white pawn can be promoted without getting captured.
-    return   sideToMove == WHITE
-          && square_rank(pawnSquare) == RANK_7
-          && whiteKingSquare != pawnSquare + DELTA_N
-          && (   square_distance(blackKingSquare, pawnSquare + DELTA_N) > 1
-              || bit_is_set(wk_attacks(), pawnSquare + DELTA_N));
-  }
-
-  Result classify_wtm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]) {
+    // 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.
 
-    // If one move leads to a position classified as RESULT_LOSS, 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.
+    Result r = INVALID;
+    Bitboard b = k_attacks<Us>();
 
-    bool unknownFound = false;
-    Bitboard b;
-    Square s;
-    int idx;
-
-    // King moves
-    b = pos.wk_attacks();
     while (b)
     {
-        s = pop_1st_bit(&b);
-        idx = compute_index(s, pos.blackKingSquare, pos.pawnSquare, BLACK);
-
-        switch (bb[idx]) {
+        r |= Us == WHITE ? db[index(BLACK, bksq, pop_lsb(&b), psq)]
+                         : db[index(WHITE, pop_lsb(&b), wksq, psq)];
 
-        case RESULT_LOSS:
-            return RESULT_WIN;
+        if (Us == WHITE && (r & WIN))
+            return res = WIN;
 
-        case RESULT_UNKNOWN:
-            unknownFound = true;
-
-        case RESULT_DRAW:
-        case RESULT_INVALID:
-             break;
-
-         default:
-             assert(false);
-        }
+        if (Us == BLACK && (r & DRAW))
+            return res = DRAW;
     }
 
-    // Pawn moves
-    if (square_rank(pos.pawnSquare) < RANK_7)
+    if (Us == WHITE && rank_of(psq) < RANK_7)
     {
-        s = pos.pawnSquare + DELTA_N;
-        idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, pos.blackKingSquare, s, BLACK);
-
-        switch (bb[idx]) {
-
-        case RESULT_LOSS:
-            return RESULT_WIN;
-
-        case RESULT_UNKNOWN:
-            unknownFound = true;
-
-        case RESULT_DRAW:
-        case RESULT_INVALID:
-            break;
-
-        default:
-            assert(false);
-        }
-
-        // Double pawn push
-        if (   square_rank(s) == RANK_3
-            && s != pos.whiteKingSquare
-            && s != pos.blackKingSquare)
-        {
-            s += DELTA_N;
-            idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, pos.blackKingSquare, s, BLACK);
-
-            switch (bb[idx]) {
-
-            case RESULT_LOSS:
-                return RESULT_WIN;
+        Square s = psq + DELTA_N;
+        r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s)]; // Single push
 
-            case RESULT_UNKNOWN:
-                unknownFound = true;
+        if (rank_of(s) == RANK_3 && s != wksq && s != bksq)
+            r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s + DELTA_N)]; // Double push
 
-            case RESULT_DRAW:
-            case RESULT_INVALID:
-                break;
-
-            default:
-                assert(false);
-            }
-        }
+        if (r & WIN)
+            return res = WIN;
     }
-    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_DRAW;
-  }
-
-
-  Result classify_btm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]) {
-
-    // 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 current position is classified as
-    // RESULT_LOSS. Otherwise, the current position is classified as
-    // RESULT_UNKNOWN.
-
-    bool unknownFound = false;
-    Bitboard b;
-    Square s;
-    int idx;
-
-    // King moves
-    b = pos.bk_attacks();
-    while (b)
-    {
-        s = pop_1st_bit(&b);
-        idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, s, pos.pawnSquare, WHITE);
-
-        switch (bb[idx]) {
-
-        case RESULT_DRAW:
-            return RESULT_DRAW;
 
-        case RESULT_UNKNOWN:
-            unknownFound = true;
-
-        case RESULT_WIN:
-        case RESULT_INVALID:
-            break;
-
-        default:
-            assert(false);
-        }
-    }
-    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_LOSS;
+    return res = r & UNKNOWN ? UNKNOWN : Us == WHITE ? DRAW : WIN;
   }
 
 }