]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/bitboard.cpp
Move magic random to RKISS
[stockfish] / src / bitboard.cpp
index 321055e826dba25609ab2ce00e0f5743080fcca7..b7eed922d10b0badeb0c4580ea34b76e31adaabf 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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2014 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
@@ -19,7 +19,7 @@
 
 #include <algorithm>
 #include <cstring>
-#include <iostream>
+#include <sstream>
 
 #include "bitboard.h"
 #include "bitcount.h"
 
 CACHE_LINE_ALIGNMENT
 
-Bitboard RMasks[64];
-Bitboard RMagics[64];
-Bitboard* RAttacks[64];
-unsigned RShifts[64];
-
-Bitboard BMasks[64];
-Bitboard BMagics[64];
-Bitboard* BAttacks[64];
-unsigned BShifts[64];
-
-Bitboard SquareBB[64];
-Bitboard FileBB[8];
-Bitboard RankBB[8];
-Bitboard AdjacentFilesBB[8];
-Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
-Bitboard InFrontBB[2][8];
-Bitboard StepAttacksBB[16][64];
-Bitboard BetweenBB[64][64];
-Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
-Bitboard PassedPawnMask[2][64];
-Bitboard AttackSpanMask[2][64];
-Bitboard PseudoAttacks[6][64];
-
-uint8_t BitCount8Bit[256];
-int SquareDistance[64][64];
+Bitboard RMasks[SQUARE_NB];
+Bitboard RMagics[SQUARE_NB];
+Bitboard* RAttacks[SQUARE_NB];
+unsigned RShifts[SQUARE_NB];
+
+Bitboard BMasks[SQUARE_NB];
+Bitboard BMagics[SQUARE_NB];
+Bitboard* BAttacks[SQUARE_NB];
+unsigned BShifts[SQUARE_NB];
+
+Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
+Bitboard FileBB[FILE_NB];
+Bitboard RankBB[RANK_NB];
+Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
+Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
+Bitboard StepAttacksBB[PIECE_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard DistanceRingsBB[SQUARE_NB][8];
+Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
+Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
+
+int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
 
 namespace {
 
+  // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
+  const uint64_t DeBruijn_64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
+  const uint32_t DeBruijn_32 = 0x783A9B23;
+
   CACHE_LINE_ALIGNMENT
 
-  int BSFTable[64];
   int MS1BTable[256];
+  Square BSFTable[SQUARE_NB];
   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
 
@@ -66,62 +70,31 @@ namespace {
 
   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
-}
-
-/// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
-/// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
-/// nonzero bitboard.
 
-#if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
+  FORCE_INLINE unsigned bsf_index(Bitboard b) {
 
-Square first_1(Bitboard b) {
-  return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
+    // Matt Taylor's folding for 32 bit systems, extended to 64 bits by Kim Walisch
+    b ^= (b - 1);
+    return Is64Bit ? (b * DeBruijn_64) >> 58
+                   : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn_32) >> 26;
+  }
 }
 
-Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
-  Bitboard bb = *b;
-  *b &= (*b - 1);
-  return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
-}
+/// lsb()/msb() finds the least/most significant bit in a non-zero bitboard.
+/// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard.
 
-#elif !defined(USE_BSFQ)
+#ifndef USE_BSFQ
 
-Square first_1(Bitboard b) {
-  b ^= (b - 1);
-  uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
-  return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
-}
+Square lsb(Bitboard b) { return BSFTable[bsf_index(b)]; }
+
+Square pop_lsb(Bitboard* b) {
 
-// Use type-punning
-union b_union {
-
-    Bitboard dummy;
-    struct {
-#if defined (BIGENDIAN)
-        uint32_t h;
-        uint32_t l;
-#else
-        uint32_t l;
-        uint32_t h;
-#endif
-    } b;
-};
-
-Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
-
-   const b_union u = *((b_union*)b);
-
-   if (u.b.l)
-   {
-       ((b_union*)b)->b.l = u.b.l & (u.b.l - 1);
-       return Square(BSFTable[((u.b.l ^ (u.b.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
-   }
-
-   ((b_union*)b)->b.h = u.b.h & (u.b.h - 1);
-   return Square(BSFTable[((~(u.b.h ^ (u.b.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
+  Bitboard bb = *b;
+  *b = bb & (bb - 1);
+  return BSFTable[bsf_index(bb)];
 }
 
-Square last_1(Bitboard b) {
+Square msb(Bitboard b) {
 
   unsigned b32;
   int result = 0;
@@ -149,95 +122,78 @@ Square last_1(Bitboard b) {
   return Square(result + MS1BTable[b32]);
 }
 
-#endif // !defined(USE_BSFQ)
+#endif // ifndef USE_BSFQ
+
 
+/// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard to be
+/// printed to standard output. This is sometimes useful for debugging.
 
-/// Bitboards::print() prints a bitboard in an easily readable format to the
-/// standard output. This is sometimes useful for debugging.
+const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
 
-void Bitboards::print(Bitboard b) {
+  std::ostringstream ss;
 
-  for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
+  for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; --rank)
   {
-      std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
+      ss << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
 
-      for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
-          std::cout << "| " << ((b & make_square(file, rank)) ? "X " : "  ");
+      for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; ++file)
+          ss << "| " << (b & (file | rank) ? "X " : "  ");
 
-      std::cout << "|\n";
+      ss << "|\n";
   }
-  std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
+  ss << "+---+---+---+---+---+---+---+---+";
+  return ss.str();
 }
 
 
-/// Bitboards::init() initializes various bitboard arrays. It is called during
-/// program initialization.
+/// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
+/// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
 
 void Bitboards::init() {
 
-  for (int k = 0, i = 0; i < 8; i++)
-      while (k < (2 << i))
-          MS1BTable[k++] = i;
+  for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
+      BSFTable[bsf_index(SquareBB[s] = 1ULL << s)] = s;
 
-  for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
-      BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
+  for (Bitboard b = 1; b < 256; ++b)
+      MS1BTable[b] = more_than_one(b) ? MS1BTable[b - 1] : lsb(b);
 
-  for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
-      SquareBB[s] = 1ULL << s;
+  for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
+      FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
 
-  FileBB[FILE_A] = FileABB;
-  RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
+  for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
+      RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
 
-  for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
-  {
-      FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
-      RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
-  }
-
-  for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
-  {
+  for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++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++)
-  {
-      InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
-      InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
-  }
+  for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
+      InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 
-  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-      for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
+  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
+      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_adjacent_files_bb(file_of(s));
-          AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
+          ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
+          PawnAttackSpan[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
+          PassedPawnMask[c][s] = ForwardBB[c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
       }
 
-  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 (!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;
-      }
-      else
-          BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
+  for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
+      for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
+          if (s1 != s2)
+          {
+              SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
+              DistanceRingsBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
+          }
 
   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 
-  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-      for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
-          for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
-              for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
+  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
+      for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
+          for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
+              for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
               {
-                  Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
+                  Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 
                   if (is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
@@ -249,22 +205,23 @@ void Bitboards::init() {
   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 
-  for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
+  for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
   {
-      PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
-      PseudoAttacks[ROOK][s]   = attacks_bb<ROOK>(s, 0);
-      PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] | PseudoAttacks[ROOK][s];
-  }
+      PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
+      PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 
-  for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
-      for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
-          if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
-          {
-              Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
+      for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
+      {
+          Piece pc = (PseudoAttacks[BISHOP][s1] & s2) ? W_BISHOP :
+                     (PseudoAttacks[ROOK][s1]   & s2) ? W_ROOK   : NO_PIECE;
 
-              for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
-                  BetweenBB[s1][s2] |= s;
-          }
+          if (pc == NO_PIECE)
+              continue;
+
+          LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pc, s1, 0) & attacks_bb(pc, s2, 0)) | s1 | s2;
+          BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pc, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pc, s2, SquareBB[s1]);
+      }
+  }
 }
 
 
@@ -274,7 +231,7 @@ namespace {
 
     Bitboard attack = 0;
 
-    for (int i = 0; i < 4; i++)
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
         for (Square s = sq + deltas[i];
              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
              s += deltas[i])
@@ -289,28 +246,6 @@ namespace {
   }
 
 
-  Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
-
-    Bitboard magic;
-
-    // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
-    // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
-    int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
-
-    while (true)
-    {
-        magic = rk.rand<Bitboard>();
-        magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
-        magic &= rk.rand<Bitboard>();
-        magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
-        magic &= rk.rand<Bitboard>();
-
-        if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
-            return magic;
-    }
-  }
-
-
   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
@@ -319,8 +254,9 @@ namespace {
   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 
-    int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
-                               { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
+    int MagicBoosters[][8] = { {  969, 1976, 2850,  542, 2069, 2852, 1708,  164 },
+                               { 3101,  552, 3555,  926,  834, 4122, 2131, 1117 } };
+
     RKISS rk;
     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
     int i, size, booster;
@@ -328,7 +264,7 @@ namespace {
     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
     attacks[SQ_A1] = table;
 
-    for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
+    for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
     {
         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
@@ -360,23 +296,27 @@ namespace {
         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
         // until we find the one that passes the verification test.
         do {
-            magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
-            memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
+            do magics[s] = rk.magic_rand<Bitboard>(booster);
+            while (popcount<Max15>((magics[s] * masks[s]) >> 56) < 6);
+
+            std::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++)
+            for (i = 0; i < size; ++i)
             {
                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 
                 if (attack && attack != reference[i])
                     break;
 
+                assert(reference[i]);
+
                 attack = reference[i];
             }
-        } while (i != size);
+        } while (i < size);
     }
   }
 }