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[stockfish] / src / bitbase.cpp
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@@ -1,38 +1,26 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008 Marco Costalba
+  Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
 
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-  
+
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   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
   GNU General Public License for more details.
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+
   You should have received a copy of the GNU General Public License
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-
-////
-//// Includes
-////
-
 #include <cassert>
 
-#include "bitbase.h"
 #include "bitboard.h"
-#include "move.h"
-#include "square.h"
-
-
-////
-//// Local definitions
-////
+#include "types.h"
 
 namespace {
 
@@ -40,310 +28,244 @@ namespace {
     RESULT_UNKNOWN,
     RESULT_INVALID,
     RESULT_WIN,
-    RESULT_LOSS,
     RESULT_DRAW
   };
 
   struct KPKPosition {
+    Result classify_knowns(int index);
+    Result classify(int index, Result db[]);
+
+  private:
     void from_index(int index);
-    int to_index() const;
-    bool is_legal() const;
-    bool is_immediate_draw() const;
-    bool is_immediate_win() const;
-    Bitboard wk_attacks() const;
-    Bitboard bk_attacks() const;
-    Bitboard pawn_attacks() const;
-    
+    Result classify_white(const Result db[]);
+    Result classify_black(const Result db[]);
+    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;
   };
-    
-
-  Result *Bitbase;
-  const int IndexMax = 2*24*64*64;
-  int UnknownCount = 0;
-
-  void initialize();
-  bool next_iteration();
-  Result classify_wtm(const KPKPosition &p);
-  Result classify_btm(const KPKPosition &p);
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square psq, Color stm);
-  int compress_result(Result r);
-  
-}
 
+  // 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
+
+  // Each uint32_t stores results of 32 positions, one per bit
+  uint32_t KPKBitbase[IndexMax / 32];
 
-////
-//// Functions
-////
+  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm);
+}
 
-void generate_kpk_bitbase(uint8_t bitbase[]) {
-  // Allocate array and initialize:
-  Bitbase = new Result[IndexMax];
-  initialize();
 
-  // Iterate until all positions are classified:
-  while(next_iteration());
+uint32_t probe_kpk_bitbase(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm) {
 
-  // Compress bitbase into the supplied parameter:
-  int i, j, b;
-  for(i = 0; i < 24576; i++) {
-    for(b = 0, j = 0; j < 8; b |= (compress_result(Bitbase[8*i+j]) << j), j++);
-    bitbase[i] = b;
-  }
+  int index = compute_index(wksq, bksq, wpsq, stm);
 
-  // Release allocated memory:
-  delete [] Bitbase;
+  return KPKBitbase[index / 32] & (1 << (index & 31));
 }
 
 
-namespace {
+void kpk_bitbase_init() {
 
-  void KPKPosition::from_index(int index) {
-    int s;
-    sideToMove = Color(index % 2);
-    blackKingSquare = Square((index / 2) % 64);
-    whiteKingSquare = Square((index / 128) % 64);
-    s = (index / 8192) % 24;
-    pawnSquare = make_square(File(s % 4), Rank(s / 4 + 1));
-  }
+  Result db[IndexMax];
+  KPKPosition pos;
+  int index, bit, repeat = 1;
 
+  // Initialize table
+  for (index = 0; index < IndexMax; index++)
+      db[index] = pos.classify_knowns(index);
 
-  int KPKPosition::to_index() const {
-    return compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, pawnSquare,
-                         sideToMove);
-  }
-    
-
-  bool KPKPosition::is_legal() const {
-    if(whiteKingSquare == pawnSquare || whiteKingSquare == blackKingSquare ||
-       pawnSquare == blackKingSquare)
-      return false;
-    if(sideToMove == WHITE) {
-      if(bit_is_set(this->wk_attacks(), blackKingSquare))
-        return false;
-      if(bit_is_set(this->pawn_attacks(), blackKingSquare))
-        return false;
-    }
-    else {
-      if(bit_is_set(this->bk_attacks(), whiteKingSquare))
-        return false;
-    }
-    return true;
-  }
+  // 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;
 
+  // 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);
+}
 
-  bool KPKPosition::is_immediate_draw() const {
-    if(sideToMove == BLACK) {
-      Bitboard wka = this->wk_attacks();
-      Bitboard bka = this->bk_attacks();
-    
-      // Case 1: Stalemate
-      if((bka & ~(wka | this->pawn_attacks())) == EmptyBoardBB)
-        return true;
 
-      // 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;
-    }
+namespace {
 
-    return false;
-  }
+  // 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)
 
+  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm) {
 
-  bool KPKPosition::is_immediate_win() const {
-    // 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 &&
-      (square_distance(blackKingSquare, pawnSquare+DELTA_N) > 1 ||
-       bit_is_set(this->wk_attacks(), pawnSquare+DELTA_N));
-  }
-    
+    assert(square_file(wpsq) <= FILE_D);
 
-  Bitboard KPKPosition::wk_attacks() const {
-    return StepAttackBB[WK][whiteKingSquare];
-  }
+    int p = square_file(wpsq) + 4 * (square_rank(wpsq) - 1);
+    int r = stm + 2 * bksq + 128 * wksq + 8192 * p;
 
+    assert(r >= 0 && r < IndexMax);
 
-  Bitboard KPKPosition::bk_attacks() const {
-    return StepAttackBB[BK][blackKingSquare];
+    return r;
   }
 
+  void KPKPosition::from_index(int index) {
 
-  Bitboard KPKPosition::pawn_attacks() const {
-    return StepAttackBB[WP][pawnSquare];
+    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) {
 
-  void initialize() {
-    KPKPosition p;
-    for(int i = 0; i < IndexMax; i++) {
-      p.from_index(i);
-      if(!p.is_legal())
-        Bitbase[i] = RESULT_INVALID;
-      else if(p.is_immediate_draw())
-        Bitbase[i] = RESULT_DRAW;
-      else if(p.is_immediate_win())
-        Bitbase[i] = RESULT_WIN;
-      else {
-        Bitbase[i] = RESULT_UNKNOWN;
-        UnknownCount++;
-      }
-    }
-  }
+    from_index(index);
+
+    // Check if two pieces are on the same square
+    if (   whiteKingSquare == pawnSquare
+        || whiteKingSquare == blackKingSquare
+        || blackKingSquare == pawnSquare)
+        return RESULT_INVALID;
 
+    // Check if a king can be captured
+    if (    bit_is_set(wk_attacks(), blackKingSquare)
+        || (bit_is_set(pawn_attacks(), blackKingSquare) && sideToMove == WHITE))
+        return RESULT_INVALID;
 
-  bool next_iteration() {
-    KPKPosition p;
-    int previousUnknownCount = UnknownCount;
-    
-    for(int i = 0; i < IndexMax; i++)
-      if(Bitbase[i] == RESULT_UNKNOWN) {
-        p.from_index(i);
+    // The position is an immediate win if it is white to move and the
+    // white pawn can be promoted without getting captured.
+    if (   square_rank(pawnSquare) == RANK_7
+        && sideToMove == WHITE
+        && whiteKingSquare != pawnSquare + DELTA_N
+        && (   square_distance(blackKingSquare, pawnSquare + DELTA_N) > 1
+            || bit_is_set(wk_attacks(), pawnSquare + DELTA_N)))
+        return RESULT_WIN;
+
+    // Check for known draw positions
+    //
+    // Case 1: Stalemate
+    if (   sideToMove == BLACK
+        && (bk_attacks() & ~(wk_attacks() | pawn_attacks())) == EmptyBoardBB)
+        return RESULT_DRAW;
+
+    // Case 2: King can capture pawn
+    if (   sideToMove == BLACK
+        && bit_is_set(bk_attacks(), pawnSquare) && !bit_is_set(wk_attacks(), pawnSquare))
+        return RESULT_DRAW;
 
-        Bitbase[i] = (p.sideToMove == WHITE)? classify_wtm(p) : classify_btm(p);
+    // Case 3: Black king in front of white pawn
+    if (   blackKingSquare == pawnSquare + DELTA_N
+        && square_rank(pawnSquare) < RANK_7)
+        return RESULT_DRAW;
 
-        if(Bitbase[i] == RESULT_WIN || Bitbase[i] == RESULT_LOSS ||
-           Bitbase[i] == RESULT_DRAW)
-          UnknownCount--;
-      }
+    //  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
+        && square_rank(pawnSquare) < RANK_5
+        && sideToMove == WHITE)
+        return RESULT_DRAW;
 
-    return UnknownCount != previousUnknownCount;
+    // Case 5: Stalemate with rook pawn
+    if (   blackKingSquare == SQ_A8
+        && square_file(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];
+  }
 
-  Result classify_wtm(const KPKPosition &p) {
+  Result KPKPosition::classify_white(const Result db[]) {
 
-    // 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 as
-    // RESULT_DRAW.  Otherwise, the current position is classified as
-    // RESULT_UNKNOWN.
+    // 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.
 
     bool unknownFound = false;
     Bitboard b;
     Square s;
-    
-    // King moves
-    b = p.wk_attacks();
-    while(b) {
-      s = pop_1st_bit(&b);
-      switch(Bitbase[compute_index(s, p.blackKingSquare, p.pawnSquare,
-                                   BLACK)]) {
-      case RESULT_LOSS:
-        return RESULT_WIN;
+    Result r;
 
-      case RESULT_UNKNOWN:
-        unknownFound = true;
-        break;
+    // King moves
+    b = wk_attacks();
+    while (b)
+    {
+        s = pop_1st_bit(&b);
+        r = db[compute_index(s, blackKingSquare, pawnSquare, BLACK)];
 
-      case RESULT_DRAW: case RESULT_INVALID:
-        break;
+        if (r == RESULT_WIN)
+            return RESULT_WIN;
 
-      default:
-        assert(false);
-      }
+        if (r == RESULT_UNKNOWN)
+            unknownFound = true;
     }
 
     // Pawn moves
-    if(square_rank(p.pawnSquare) < RANK_7) {
-      s = p.pawnSquare + DELTA_N;
-      switch(Bitbase[compute_index(p.whiteKingSquare, p.blackKingSquare, s,
-                                   BLACK)]) {
-      case RESULT_LOSS:
-        return RESULT_WIN;
-        
-      case RESULT_UNKNOWN:
-        unknownFound = true;
-        break;
-          
-      case RESULT_DRAW: case RESULT_INVALID:
-        break;
-        
-      default:
-        assert(false);
-      }
-
-      if(square_rank(s) == RANK_3 &&
-         s != p.whiteKingSquare && s != p.blackKingSquare) {
-        s += DELTA_N;
-        switch(Bitbase[compute_index(p.whiteKingSquare, p.blackKingSquare, s,
-                                     BLACK)]) {
-        case RESULT_LOSS:
-          return RESULT_WIN;
-          
-        case RESULT_UNKNOWN:
-          unknownFound = true;
-          break;
-          
-        case RESULT_DRAW: case RESULT_INVALID:
-          break;
-          
-        default:
-          assert(false);
+    if (square_rank(pawnSquare) < 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;
+
+        // Double pawn push
+        if (square_rank(s) == RANK_3 && r != RESULT_INVALID)
+        {
+            s += DELTA_N;
+            r = db[compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, s, BLACK)];
+
+            if (r == RESULT_WIN)
+                return RESULT_WIN;
+
+            if (r == RESULT_UNKNOWN)
+                unknownFound = true;
         }
-      }
     }
-    
-    return unknownFound? RESULT_UNKNOWN : RESULT_DRAW;
+    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_DRAW;
   }
 
-
-  Result classify_btm(const KPKPosition &p) {
+  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 current position is classified as
-    // RESULT_LOSS.  Otherwise, the current position is classified as
-    // RESULT_UNKNOWN.
+    // 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 = p.bk_attacks();
-    while(b) {
-      s = pop_1st_bit(&b);
-      switch(Bitbase[compute_index(p.whiteKingSquare, s, p.pawnSquare,
-                                   WHITE)]) {
-      case RESULT_DRAW:
-        return RESULT_DRAW;
-
-      case RESULT_UNKNOWN:
-        unknownFound = true;
-        break;
+    b = bk_attacks();
+    while (b)
+    {
+        s = pop_1st_bit(&b);
+        r = db[compute_index(whiteKingSquare, s, pawnSquare, WHITE)];
 
-      case RESULT_WIN: case RESULT_INVALID:
-        break;
+        if (r == RESULT_DRAW)
+            return RESULT_DRAW;
 
-      default:
-        assert(false);
-      }
+        if (r == RESULT_UNKNOWN)
+            unknownFound = true;
     }
-
-    return unknownFound? RESULT_UNKNOWN : RESULT_LOSS;
-  }
-
-
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square psq, Color stm) {
-    int p = int(square_file(psq)) + (int(square_rank(psq)) - 1) * 4;
-    int result = int(stm) + 2*int(bksq) + 128*int(wksq) + 8192*p;
-    assert(result >= 0 && result < IndexMax);
-    return result;
+    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_WIN;
   }
 
-
-  int compress_result(Result r) {
-    return (r == RESULT_WIN || r == RESULT_LOSS)? 1 : 0;
-  }
-      
-}  
+}