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Better document generate_castle_moves()
[stockfish] / src / bitbase.cpp
index 5d20fbc6d896aa51c14188c3998cf46ed8c8585b..fda5030d247e8dd82925151635886d57520dd93f 100644 (file)
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-
-////
-//// Includes
-////
-
 #include <cassert>
 
 #include "bitboard.h"
-#include "square.h"
-
-
-////
-//// Local definitions
-////
+#include "types.h"
 
 namespace {
 
@@ -38,161 +28,167 @@ 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);
-    bool is_legal() const;
-    bool is_immediate_draw() const;
-    bool is_immediate_win() const;
-    Bitboard wk_attacks()   const { return NonSlidingAttacksBB[WK][whiteKingSquare]; }
-    Bitboard bk_attacks()   const { return NonSlidingAttacksBB[BK][blackKingSquare]; }
-    Bitboard pawn_attacks() const { return NonSlidingAttacksBB[WP][pawnSquare]; }
+    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;
   };
 
-  const int IndexMax = 2 * 24 * 64 * 64;
+  // 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];
 
-  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);
+  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm);
 }
 
 
-////
-//// Functions
-////
+uint32_t probe_kpk_bitbase(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm) {
 
-void generate_kpk_bitbase(uint8_t bitbase[]) {
+  int index = compute_index(wksq, bksq, wpsq, stm);
 
-  bool repeat;
-  int i, j, b;
+  return KPKBitbase[index / 32] & (1 << (index & 31));
+}
+
+
+void kpk_bitbase_init() {
+
+  Result db[IndexMax];
   KPKPosition pos;
-  Result bb[IndexMax];
+  int index, bit, repeat = 1;
 
   // 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;
-  }
+  for (index = 0; index < IndexMax; index++)
+      db[index] = pos.classify_knowns(index);
 
   // 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;
-  }
+  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);
 }
 
 
 namespace {
 
-  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square psq, 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)
 
-      int p = int(square_file(psq)) + (int(square_rank(psq)) - 1) * 4;
-      int r = int(stm) + 2 * int(bksq) + 128 * int(wksq) + 8192 * p;
+  int compute_index(Square wksq, Square bksq, Square wpsq, Color stm) {
 
-      assert(r >= 0 && r < IndexMax);
+    assert(square_file(wpsq) <= FILE_D);
 
-      return r;
+    int p = square_file(wpsq) + 4 * (square_rank(wpsq) - 1);
+    int r = stm + 2 * bksq + 128 * wksq + 8192 * p;
+
+    assert(r >= 0 && r < IndexMax);
+
+    return r;
   }
 
   void KPKPosition::from_index(int index) {
 
-    int s = (index / 8192) % 24;
-
-    sideToMove = Color(index % 2);
-    blackKingSquare = Square((index / 2) % 64);
-    whiteKingSquare = Square((index / 128) % 64);
-    pawnSquare = make_square(File(s % 4), Rank(s / 4 + 1));
+    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));
   }
 
-  bool KPKPosition::is_legal() const {
+  Result KPKPosition::classify_knowns(int index) {
 
+    from_index(index);
+
+    // Check if two pieces are on the same square
     if (   whiteKingSquare == pawnSquare
         || whiteKingSquare == blackKingSquare
-        || pawnSquare == blackKingSquare)
-        return false;
-
-    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;
-
-    return true;
-  }
-
-  bool KPKPosition::is_immediate_draw() const {
-
-    if (sideToMove == BLACK)
-    {
-        Bitboard wka = wk_attacks();
-        Bitboard bka = bk_attacks();
+        || blackKingSquare == pawnSquare)
+        return RESULT_INVALID;
 
-        // Case 1: Stalemate
-        if ((bka & ~(wka | pawn_attacks())) == EmptyBoardBB)
-            return true;
+    // 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;
 
-        // 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;
-    }
-    return false;
+    // 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;
+
+    // Case 3: Black king in front of white pawn
+    if (   blackKingSquare == pawnSquare + DELTA_N
+        && square_rank(pawnSquare) < RANK_7)
+        return RESULT_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
+        && square_rank(pawnSquare) < RANK_5
+        && sideToMove == WHITE)
+        return RESULT_DRAW;
+
+    // Case 5: Stalemate with rook pawn
+    if (   blackKingSquare == SQ_A8
+        && square_file(pawnSquare) == FILE_A)
+        return RESULT_DRAW;
+
+    return RESULT_UNKNOWN;
   }
 
-  bool KPKPosition::is_immediate_win() const {
+  Result KPKPosition::classify(int index, Result 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
-          && (   square_distance(blackKingSquare, pawnSquare + DELTA_N) > 1
-              || bit_is_set(wk_attacks(), pawnSquare + DELTA_N));
+    from_index(index);
+    db[index] = (sideToMove == WHITE ? classify_white(db) : classify_black(db));
+    return db[index];
   }
 
-  Result classify_wtm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]) {
+  Result KPKPosition::classify_white(const Result db[]) {
 
-    // If one move leads to a position classified as RESULT_LOSS, the result
+    // 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.
@@ -200,120 +196,76 @@ namespace {
     bool unknownFound = false;
     Bitboard b;
     Square s;
-    int idx;
+    Result r;
 
     // King moves
-    b = pos.wk_attacks();
+    b = wk_attacks();
     while (b)
     {
         s = pop_1st_bit(&b);
-        idx = compute_index(s, pos.blackKingSquare, pos.pawnSquare, BLACK);
-
-        switch (bb[idx]) {
+        r = db[compute_index(s, blackKingSquare, pawnSquare, BLACK)];
 
-        case RESULT_LOSS:
+        if (r == RESULT_WIN)
             return RESULT_WIN;
 
-        case RESULT_UNKNOWN:
+        if (r == RESULT_UNKNOWN)
             unknownFound = true;
-
-        case RESULT_DRAW:
-        case RESULT_INVALID:
-             break;
-
-         default:
-             assert(false);
-        }
     }
 
     // Pawn moves
-    if (square_rank(pos.pawnSquare) < RANK_7)
+    if (square_rank(pawnSquare) < RANK_7)
     {
-        s = pos.pawnSquare + DELTA_N;
-        idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, pos.blackKingSquare, s, BLACK);
-
-        switch (bb[idx]) {
+        s = pawnSquare + DELTA_N;
+        r = db[compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, s, BLACK)];
 
-        case RESULT_LOSS:
+        if (r == RESULT_WIN)
             return RESULT_WIN;
 
-        case RESULT_UNKNOWN:
+        if (r == 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)
+        if (square_rank(s) == RANK_3 && r != RESULT_INVALID)
         {
             s += DELTA_N;
-            idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, pos.blackKingSquare, s, BLACK);
+            r = db[compute_index(whiteKingSquare, blackKingSquare, s, BLACK)];
 
-            switch (bb[idx]) {
-
-            case RESULT_LOSS:
+            if (r == RESULT_WIN)
                 return RESULT_WIN;
 
-            case RESULT_UNKNOWN:
+            if (r == RESULT_UNKNOWN)
                 unknownFound = true;
-
-            case RESULT_DRAW:
-            case RESULT_INVALID:
-                break;
-
-            default:
-                assert(false);
-            }
         }
     }
     return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_DRAW;
   }
 
-
-  Result classify_btm(const KPKPosition& pos, const Result bb[]) {
+  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.
+    // 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;
-    int idx;
+    Result r;
 
     // King moves
-    b = pos.bk_attacks();
+    b = bk_attacks();
     while (b)
     {
         s = pop_1st_bit(&b);
-        idx = compute_index(pos.whiteKingSquare, s, pos.pawnSquare, WHITE);
-
-        switch (bb[idx]) {
+        r = db[compute_index(whiteKingSquare, s, pawnSquare, WHITE)];
 
-        case RESULT_DRAW:
+        if (r == RESULT_DRAW)
             return RESULT_DRAW;
 
-        case RESULT_UNKNOWN:
+        if (r == RESULT_UNKNOWN)
             unknownFound = true;
-
-        case RESULT_WIN:
-        case RESULT_INVALID:
-            break;
-
-        default:
-            assert(false);
-        }
     }
-    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_LOSS;
+    return unknownFound ? RESULT_UNKNOWN : RESULT_WIN;
   }
 
 }