]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/bitboard.cpp
Use 'adjacent' instead of 'neighboring'
[stockfish] / src / bitboard.cpp
index 44e00da0a4cb25f4257a643e716da49c51783064..138d8c72b0c51dbe324397c98c1a13d65b5736f1 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 /*
   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
@@ -17,6 +17,7 @@
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include <algorithm>
 #include <cstring>
 #include <iostream>
 
 #include "bitcount.h"
 #include "rkiss.h"
 
-// Global bitboards definitions with static storage duration are
-// automatically set to zero before enter main().
-Bitboard RMask[64];
-Bitboard RMult[64];
+Bitboard RMasks[64];
+Bitboard RMagics[64];
 Bitboard* RAttacks[64];
-int RShift[64];
+int RShifts[64];
 
-Bitboard BMask[64];
-Bitboard BMult[64];
+Bitboard BMasks[64];
+Bitboard BMagics[64];
 Bitboard* BAttacks[64];
-int BShift[64];
+int BShifts[64];
 
 Bitboard SetMaskBB[65];
 Bitboard ClearMaskBB[65];
 
-Bitboard SquaresByColorBB[2];
 Bitboard FileBB[8];
 Bitboard RankBB[8];
-Bitboard NeighboringFilesBB[8];
-Bitboard ThisAndNeighboringFilesBB[8];
+Bitboard AdjacentFilesBB[8];
+Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
 Bitboard InFrontBB[2][8];
 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
 Bitboard BetweenBB[64][64];
@@ -51,22 +49,21 @@ Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
 
-Bitboard BishopPseudoAttacks[64];
-Bitboard RookPseudoAttacks[64];
-Bitboard QueenPseudoAttacks[64];
+Bitboard PseudoAttacks[6][64];
 
 uint8_t BitCount8Bit[256];
+int SquareDistance[64][64];
 
 namespace {
 
   CACHE_LINE_ALIGNMENT
 
   int BSFTable[64];
-  Bitboard RAttacksTable[0x19000];
-  Bitboard BAttacksTable[0x1480];
+  Bitboard RookTable[0x19000];  // Storage space for rook attacks
+  Bitboard BishopTable[0x1480]; // Storage space for bishop attacks
 
-  void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
-                            Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]);
+  void init_magic_bitboards(PieceType pt, Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
+                            Bitboard masks[], int shifts[]);
 }
 
 
@@ -149,13 +146,13 @@ Square pop_1st_bit(Bitboard* bb) {
 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 
 
-/// init_bitboards() initializes various bitboard arrays. It is called during
+/// bitboards_init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 /// program initialization.
 
-void init_bitboards() {
+void bitboards_init() {
 
-  SquaresByColorBB[DARK]  =  0xAA55AA55AA55AA55ULL;
-  SquaresByColorBB[LIGHT] = ~SquaresByColorBB[DARK];
+  for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
+      BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
 
   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
   {
@@ -163,7 +160,7 @@ void init_bitboards() {
       ClearMaskBB[s] = ~SetMaskBB[s];
   }
 
-  ClearMaskBB[SQ_NONE] = ~EmptyBoardBB;
+  ClearMaskBB[SQ_NONE] = ~0ULL;
 
   FileBB[FILE_A] = FileABB;
   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
@@ -176,8 +173,8 @@ void init_bitboards() {
 
   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
   {
-      NeighboringFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
-      ThisAndNeighboringFilesBB[f] = FileBB[f] | NeighboringFilesBB[f];
+      AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
+      ThisAndAdjacentFilesBB[f] = FileBB[f] | AdjacentFilesBB[f];
   }
 
   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
@@ -190,20 +187,21 @@ void init_bitboards() {
       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
       {
           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
-          PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_neighboring_files_bb(s);
-          AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & neighboring_files_bb(s);
+          PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_adjacent_files_bb(file_of(s));
+          AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
       }
 
-  for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
-      BitCount8Bit[b] = (uint8_t)count_1s<CNT32_MAX15>(b);
+  for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
+      for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
+          SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 
   for (int i = 0; i < 64; i++)
-      if (!CpuIs64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
+      if (!Is64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
       {
           Bitboard b = 1ULL << i;
           b ^= b - 1;
           b ^= b >> 32;
-          BSFTable[uint32_t(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
+          BSFTable[(uint32_t)(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
       }
       else
           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
@@ -212,8 +210,8 @@ void init_bitboards() {
                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 
   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-      for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
-          for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
+      for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
+          for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
               {
                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
@@ -222,66 +220,42 @@ void init_bitboards() {
                       set_bit(&StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s], to);
               }
 
-  Square RDelta[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
-  Square BDelta[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
-
-  init_sliding_attacks(BMult, BAttacks, BAttacksTable, BMask, BShift, BDelta);
-  init_sliding_attacks(RMult, RAttacks, RAttacksTable, RMask, RShift, RDelta);
+  init_magic_bitboards(ROOK, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts);
+  init_magic_bitboards(BISHOP, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts);
 
   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
   {
-      BishopPseudoAttacks[s] = bishop_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
-      RookPseudoAttacks[s]   = rook_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
-      QueenPseudoAttacks[s]  = queen_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
+      PseudoAttacks[BISHOP][s] = bishop_attacks_bb(s, 0);
+      PseudoAttacks[ROOK][s]   = rook_attacks_bb(s, 0);
+      PseudoAttacks[QUEEN][s]  = queen_attacks_bb(s, 0);
   }
 
   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
-          if (bit_is_set(QueenPseudoAttacks[s1], s2))
+          if (bit_is_set(PseudoAttacks[QUEEN][s1], s2))
           {
-              int f = file_distance(s1, s2);
-              int r = rank_distance(s1, s2);
+              Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 
-              Square d = (s2 - s1) / Max(f, r);
-
-              for (Square s3 = s1 + d; s3 != s2; s3 += d)
-                  set_bit(&BetweenBB[s1][s2], s3);
+              for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
+                  set_bit(&BetweenBB[s1][s2], s);
           }
 }
 
 
 namespace {
 
-  Bitboard submask(Bitboard mask, int key) {
-
-    Bitboard b, subMask = 0;
-    int bitProbe = 1;
-
-    // Extract an unique submask out of a mask according to the given key
-    while (mask)
-    {
-        b = mask & -mask;
-        mask ^= b;
-
-        if (key & bitProbe)
-            subMask |= b;
-
-        bitProbe <<= 1;
-    }
-    return subMask;
-  }
-
-  Bitboard sliding_attacks(Square sq, Bitboard occupied, Square delta[], Bitboard excluded) {
+  Bitboard sliding_attacks(PieceType pt, Square sq, Bitboard occupied) {
 
+    Square deltas[][4] = { { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  },
+                           { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW } };
     Bitboard attacks = 0;
+    Square* delta = (pt == ROOK ? deltas[0] : deltas[1]);
 
     for (int i = 0; i < 4; i++)
     {
         Square s = sq + delta[i];
 
-        while (    square_is_ok(s)
-               &&  square_distance(s, s - delta[i]) == 1
-               && !bit_is_set(excluded, s))
+        while (square_is_ok(s) && square_distance(s, s - delta[i]) == 1)
         {
             set_bit(&attacks, s);
 
@@ -294,7 +268,8 @@ namespace {
     return attacks;
   }
 
-  Bitboard pick_magic(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
+
+  Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 
     Bitboard magic;
 
@@ -315,51 +290,75 @@ namespace {
     }
   }
 
-  void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
-                            Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]) {
 
-    const int  MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
-                                      { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
+  // init_magic_bitboards() computes all rook and bishop magics at startup.
+  // Magic bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As reference
+  // see chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
+  // use the so called "fancy" approach.
+
+  void init_magic_bitboards(PieceType pt, Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
+                            Bitboard masks[], int shifts[]) {
+
+    int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
+                               { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
     RKISS rk;
-    Bitboard occupancy[4096], reference[4096], excluded;
-    int key, maxKey, index, booster, offset = 0;
+    Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
+    int i, size, index, booster;
+
+    // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
+    attacks[SQ_A1] = (pt == ROOK ? RookTable : BishopTable);
 
     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
     {
-        excluded = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
-
-        attack[s] = &attTable[offset];
-        mask[s]   = sliding_attacks(s, EmptyBoardBB, delta, excluded);
-        shift[s]  = (CpuIs64Bit ? 64 : 32) - count_1s<CNT32_MAX15>(mask[s]);
+        // Board edges are not considered in the relevant occupancies
+        edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
+
+        // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
+        // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
+        // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
+        // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
+        // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
+        masks[s]  = sliding_attacks(pt, s, 0) & ~edges;
+        shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
+
+        // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
+        // store the corresponding sliding attacks bitboard in reference[].
+        b = size = 0;
+        do {
+            occupancy[size] = b;
+            reference[size++] = sliding_attacks(pt, s, b);
+            b = (b - masks[s]) & masks[s];
+        } while (b);
 
-        maxKey = 1 << count_1s<CNT32_MAX15>(mask[s]);
-        offset += maxKey;
-        booster = MagicBoosters[CpuIs64Bit][square_rank(s)];
+        // Set the offset for the table of the next square. We have individual
+        // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
+        if (s < SQ_H8)
+            attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 
-        // First compute occupancy and attacks for square 's'
-        for (key = 0; key < maxKey; key++)
-        {
-            occupancy[key] = submask(mask[s], key);
-            reference[key] = sliding_attacks(s, occupancy[key], delta, EmptyBoardBB);
-        }
+        booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 
-        // Then find a possible magic and the corresponding attacks
+        // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
+        // until we find the one that passes the verification test.
         do {
-            magic[s] = pick_magic(mask[s], rk, booster);
-            memset(attack[s], 0, maxKey * sizeof(Bitboard));
-
-            for (key = 0; key < maxKey; key++)
+            magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
+            memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
+
+            // A good magic must map every possible occupancy to an index that
+            // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
+            // Note that we build up the database for square 's' as a side
+            // effect of verifying the magic.
+            for (i = 0; i < size; i++)
             {
-                index = CpuIs64Bit ? unsigned((occupancy[key] * magic[s]) >> shift[s])
-                                   : unsigned(occupancy[key] * magic[s] ^ (occupancy[key] >> 32) * (magic[s] >> 32)) >> shift[s];
+                index = (pt == ROOK ? rook_index(s, occupancy[i])
+                                    : bishop_index(s, occupancy[i]));
 
-                if (!attack[s][index])
-                    attack[s][index] = reference[key];
+                if (!attacks[s][index])
+                    attacks[s][index] = reference[i];
 
-                else if (attack[s][index] != reference[key])
+                else if (attacks[s][index] != reference[i])
                     break;
             }
-        } while (key != maxKey);
+        } while (i != size);
     }
   }
 }