]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/bitboard.h
Speedup sliders attacks for 32bit CPU
[stockfish] / src / bitboard.h
index d1cf40f25b0e0f480f04c488babe248805d4442f..24ae794b68b0f4183087a882cb94ca1bd64cc29c 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 Marco Costalba
+  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
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-
 #if !defined(BITBOARD_H_INCLUDED)
 #define BITBOARD_H_INCLUDED
 
-
-////
-//// Defines
-////
-
-// Comment following define if you prefer manually adjust
-// platform macros defined below
-#define AUTO_CONFIGURATION
-
-// Quiet a warning on Intel compiler
-#if !defined(__SIZEOF_INT__ )
-#define __SIZEOF_INT__ 0
-#endif
-
-// Check for 64 bits for different compilers: Intel, MSVC and gcc
-#if defined(__x86_64) || defined(_WIN64) || (__SIZEOF_INT__ > 4)
-#define IS_64BIT
-#endif
-
-#if !defined(AUTO_CONFIGURATION) || defined(IS_64BIT)
-
-//#define USE_COMPACT_ROOK_ATTACKS
-//#define USE_32BIT_ATTACKS
-#define USE_FOLDED_BITSCAN
-
-#define BITCOUNT_SWAR_64
-//#define BITCOUNT_SWAR_32
-//#define BITCOUNT_LOOP
-
-#else
-
-#define USE_32BIT_ATTACKS
-#define USE_FOLDED_BITSCAN
-#define BITCOUNT_SWAR_32
-
-#endif
-
-////
-//// Includes
-////
-
-#include "direction.h"
-#include "piece.h"
-#include "square.h"
 #include "types.h"
 
-
-////
-//// Types
-////
-
-typedef uint64_t Bitboard;
-
-
-////
-//// Constants and variables
-////
-
-const Bitboard EmptyBoardBB = 0ULL;
-
-const Bitboard WhiteSquaresBB = 0x55AA55AA55AA55AAULL;
-const Bitboard BlackSquaresBB = 0xAA55AA55AA55AA55ULL;
-const Bitboard SquaresByColorBB[2] = { BlackSquaresBB, WhiteSquaresBB };
-
-const Bitboard FileABB = 0x0101010101010101ULL;
-const Bitboard FileBBB = 0x0202020202020202ULL;
-const Bitboard FileCBB = 0x0404040404040404ULL;
-const Bitboard FileDBB = 0x0808080808080808ULL;
-const Bitboard FileEBB = 0x1010101010101010ULL;
-const Bitboard FileFBB = 0x2020202020202020ULL;
-const Bitboard FileGBB = 0x4040404040404040ULL;
-const Bitboard FileHBB = 0x8080808080808080ULL;
-
-const Bitboard FileBB[8] = {
-  FileABB, FileBBB, FileCBB, FileDBB, FileEBB, FileFBB, FileGBB, FileHBB
-};
-
-const Bitboard NeighboringFilesBB[8] = {
-  FileBBB, FileABB|FileCBB, FileBBB|FileDBB, FileCBB|FileEBB,
-  FileDBB|FileFBB, FileEBB|FileGBB, FileFBB|FileHBB, FileGBB
-};
-
-const Bitboard ThisAndNeighboringFilesBB[8] = {
-  FileABB|FileBBB, FileABB|FileBBB|FileCBB,
-  FileBBB|FileCBB|FileDBB, FileCBB|FileDBB|FileEBB,
-  FileDBB|FileEBB|FileFBB, FileEBB|FileFBB|FileGBB,
-  FileFBB|FileGBB|FileHBB, FileGBB|FileHBB
-};
-
-const Bitboard Rank1BB = 0xFFULL;
-const Bitboard Rank2BB = 0xFF00ULL;
-const Bitboard Rank3BB = 0xFF0000ULL;
-const Bitboard Rank4BB = 0xFF000000ULL;
-const Bitboard Rank5BB = 0xFF00000000ULL;
-const Bitboard Rank6BB = 0xFF0000000000ULL;
-const Bitboard Rank7BB = 0xFF000000000000ULL;
-const Bitboard Rank8BB = 0xFF00000000000000ULL;
-
-const Bitboard RankBB[8] = {
-  Rank1BB, Rank2BB, Rank3BB, Rank4BB, Rank5BB, Rank6BB, Rank7BB, Rank8BB
-};
-
-const Bitboard RelativeRankBB[2][8] = {
-  { Rank1BB, Rank2BB, Rank3BB, Rank4BB, Rank5BB, Rank6BB, Rank7BB, Rank8BB },
-  { Rank8BB, Rank7BB, Rank6BB, Rank5BB, Rank4BB, Rank3BB, Rank2BB, Rank1BB }
-};
-
-const Bitboard InFrontBB[2][8] = {
-  { Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank6BB | Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank7BB | Rank8BB,
-    Rank8BB,
-    EmptyBoardBB
-  },
-  { EmptyBoardBB,
-    Rank1BB,
-    Rank2BB | Rank1BB,
-    Rank3BB | Rank2BB | Rank1BB,
-    Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB | Rank1BB,
-    Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB | Rank1BB,
-    Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB | Rank1BB,
-    Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB | Rank1BB
-  }
-};
-
-extern Bitboard SetMaskBB[65];
-extern Bitboard ClearMaskBB[65];
-
-extern Bitboard StepAttackBB[16][64];
-extern Bitboard RayBB[64][8];
+CACHE_LINE_ALIGNMENT
+
+extern Bitboard RMasks[64];
+extern Bitboard RMagics[64];
+extern Bitboard* RAttacks[64];
+extern unsigned RShifts[64];
+
+extern Bitboard BMasks[64];
+extern Bitboard BMagics[64];
+extern Bitboard* BAttacks[64];
+extern unsigned BShifts[64];
+
+extern Bitboard SquareBB[64];
+extern Bitboard FileBB[8];
+extern Bitboard RankBB[8];
+extern Bitboard AdjacentFilesBB[8];
+extern Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
+extern Bitboard InFrontBB[2][8];
+extern Bitboard StepAttacksBB[16][64];
 extern Bitboard BetweenBB[64][64];
-
+extern Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
 extern Bitboard PassedPawnMask[2][64];
-extern Bitboard OutpostMask[2][64];
-
-#if defined(USE_COMPACT_ROOK_ATTACKS)
-
-extern Bitboard RankAttacks[8][64], FileAttacks[8][64];
-
-#else
-
-extern const uint64_t RMult[64];
-extern const int RShift[64];
-extern Bitboard RMask[64];
-extern int RAttackIndex[64];
-extern Bitboard RAttacks[0x19000];
-
-#endif // defined(USE_COMPACT_ROOK_ATTACKS)
-
-extern const uint64_t BMult[64];
-extern const int BShift[64];
-extern Bitboard BMask[64];
-extern int BAttackIndex[64];
-extern Bitboard BAttacks[0x1480];
-
-extern Bitboard BishopPseudoAttacks[64];
-extern Bitboard RookPseudoAttacks[64];
-extern Bitboard QueenPseudoAttacks[64];
+extern Bitboard AttackSpanMask[2][64];
+extern Bitboard PseudoAttacks[6][64];
 
 
-////
-//// Inline functions
-////
+/// Overloads of bitwise operators between a Bitboard and a Square for testing
+/// whether a given bit is set in a bitboard, and for setting and clearing bits.
 
-/// Functions for testing whether a given bit is set in a bitboard, and for
-/// setting and clearing bits.
-
-inline Bitboard bit_is_set(Bitboard b, Square s) {
-  return b & SetMaskBB[s];
+inline Bitboard operator&(Bitboard b, Square s) {
+  return b & SquareBB[s];
 }
 
-inline void set_bit(Bitboard *b, Square s) {
-  *b |= SetMaskBB[s];
+inline Bitboard& operator|=(Bitboard& b, Square s) {
+  return b |= SquareBB[s], b;
 }
 
-inline void clear_bit(Bitboard *b, Square s) {
-  *b &= ClearMaskBB[s];
+inline Bitboard& operator^=(Bitboard& b, Square s) {
+  return b ^= SquareBB[s], b;
 }
 
 
-/// rank_bb() and file_bb() gives a bitboard containing all squares on a given
-/// file or rank.  It is also possible to pass a square as input to these
-/// functions.
+/// rank_bb() and file_bb() take a file or a square as input and return
+/// a bitboard representing all squares on the given file or rank.
 
 inline Bitboard rank_bb(Rank r) {
   return RankBB[r];
 }
 
 inline Bitboard rank_bb(Square s) {
-  return rank_bb(square_rank(s));
+  return RankBB[rank_of(s)];
 }
 
 inline Bitboard file_bb(File f) {
@@ -222,43 +81,23 @@ inline Bitboard file_bb(File f) {
 }
 
 inline Bitboard file_bb(Square s) {
-  return file_bb(square_file(s));
+  return FileBB[file_of(s)];
 }
 
 
-/// neighboring_files_bb takes a file or a square as input, and returns a
-/// bitboard representing all squares on the neighboring files.
-
-inline Bitboard neighboring_files_bb(File f) {
-  return NeighboringFilesBB[f];
-}
-
-inline Bitboard neighboring_files_bb(Square s) {
-  return neighboring_files_bb(square_file(s));
-}
-
-
-/// this_and_neighboring_files_bb takes a file or a square as input, and
-/// returns a bitboard representing all squares on the given and neighboring
-/// files.
-
-inline Bitboard this_and_neighboring_files_bb(File f) {
-  return ThisAndNeighboringFilesBB[f];
-}
+/// adjacent_files_bb takes a file as input and returns a bitboard representing
+/// all squares on the adjacent files.
 
-inline Bitboard this_and_neighboring_files_bb(Square s) {
-  return this_and_neighboring_files_bb(square_file(s));
+inline Bitboard adjacent_files_bb(File f) {
+  return AdjacentFilesBB[f];
 }
 
 
-/// relative_rank_bb() takes a color and a rank as input, and returns a bitboard
-/// representing all squares on the given rank from the given color's point of
-/// view. For instance, relative_rank_bb(WHITE, 7) gives all squares on the
-/// 7th rank, while relative_rank_bb(BLACK, 7) gives all squares on the 2nd
-/// rank.
+/// this_and_adjacent_files_bb takes a file as input and returns a bitboard
+/// representing all squares on the given and adjacent files.
 
-inline Bitboard relative_rank_bb(Color c, Rank r) {
-  return RelativeRankBB[c][r];
+inline Bitboard this_and_adjacent_files_bb(File f) {
+  return ThisAndAdjacentFilesBB[f];
 }
 
 
@@ -273,93 +112,47 @@ inline Bitboard in_front_bb(Color c, Rank r) {
 }
 
 inline Bitboard in_front_bb(Color c, Square s) {
-  return in_front_bb(c, square_rank(s));
+  return InFrontBB[c][rank_of(s)];
 }
 
 
-/// behind_bb() takes a color and a rank or square as input, and returns a
-/// bitboard representing all the squares on all ranks behind of the rank
-/// (or square), from the given color's point of view.
-
-inline Bitboard behind_bb(Color c, Rank r) {
-  return InFrontBB[opposite_color(c)][r];
-}
-
-inline Bitboard behind_bb(Color c, Square s) {
-  return in_front_bb(opposite_color(c), square_rank(s));
-}
-
-
-/// ray_bb() gives a bitboard representing all squares along the ray in a
-/// given direction from a given square.
-
-inline Bitboard ray_bb(Square s, SignedDirection d) {
-  return RayBB[s][d];
-}
-
-
-/// Functions for computing sliding attack bitboards.  rook_attacks_bb(),
+/// Functions for computing sliding attack bitboards. rook_attacks_bb(),
 /// bishop_attacks_bb() and queen_attacks_bb() all take a square and a
 /// bitboard of occupied squares as input, and return a bitboard representing
 /// all squares attacked by a rook, bishop or queen on the given square.
 
-#if defined(USE_COMPACT_ROOK_ATTACKS)
-
-inline Bitboard file_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = (blockers >> square_file(s)) & 0x01010101010100ULL;
-  return
-    FileAttacks[square_rank(s)][(b*0xd6e8802041d0c441ULL)>>58] & file_bb(s);
-}
+#if defined(IS_64BIT)
 
-inline Bitboard rank_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = (blockers >> ((s & 56) + 1)) & 63;
-  return RankAttacks[square_file(s)][b] & rank_bb(s);
+FORCE_INLINE unsigned r_index(Square s, Bitboard occ) {
+  return unsigned(((occ & RMasks[s]) * RMagics[s]) >> RShifts[s]);
 }
 
-inline Bitboard rook_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  return file_attacks_bb(s, blockers) | rank_attacks_bb(s, blockers);
+FORCE_INLINE unsigned b_index(Square s, Bitboard occ) {
+  return unsigned(((occ & BMasks[s]) * BMagics[s]) >> BShifts[s]);
 }
 
-#elif defined(USE_32BIT_ATTACKS)
+#else // if !defined(IS_64BIT)
 
-inline Bitboard rook_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = blockers & RMask[s];
-  return RAttacks[RAttackIndex[s] +
-                  (unsigned(int(b) * int(RMult[s]) ^
-                            int(b >> 32) * int(RMult[s] >> 32))
-                   >> RShift[s])];
+FORCE_INLINE unsigned r_index(Square s, Bitboard occ) {
+  unsigned lo = unsigned(occ) & unsigned(RMasks[s]);
+  unsigned hi = unsigned(occ >> 32) & unsigned(RMasks[s] >> 32);
+  return (lo * unsigned(RMagics[s]) ^ hi * unsigned(RMagics[s] >> 32)) >> RShifts[s];
 }
 
-#else
-
-inline Bitboard rook_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = blockers & RMask[s];
-  return RAttacks[RAttackIndex[s] + ((b * RMult[s]) >> RShift[s])];
+FORCE_INLINE unsigned b_index(Square s, Bitboard occ) {
+  unsigned lo = unsigned(occ) & unsigned(BMasks[s]);
+  unsigned hi = unsigned(occ >> 32) & unsigned(BMasks[s] >> 32);
+  return (lo * unsigned(BMagics[s]) ^ hi * unsigned(BMagics[s] >> 32)) >> BShifts[s];
 }
 
 #endif
 
-#if defined(USE_32BIT_ATTACKS)
-
-inline Bitboard bishop_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = blockers & BMask[s];
-  return BAttacks[BAttackIndex[s] +
-                  (unsigned(int(b) * int(BMult[s]) ^
-                            int(b >> 32) * int(BMult[s] >> 32))
-                   >> BShift[s])];
-}
-
-#else // defined(USE_32BIT_ATTACKS)
-
-inline Bitboard bishop_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  Bitboard b = blockers & BMask[s];
-  return BAttacks[BAttackIndex[s] + ((b * BMult[s]) >> BShift[s])];
+inline Bitboard rook_attacks_bb(Square s, Bitboard occ) {
+  return RAttacks[s][r_index(s, occ)];
 }
 
-#endif // defined(USE_32BIT_ATTACKS)
-
-inline Bitboard queen_attacks_bb(Square s, Bitboard blockers) {
-  return rook_attacks_bb(s, blockers) | bishop_attacks_bb(s, blockers);
+inline Bitboard bishop_attacks_bb(Square s, Bitboard occ) {
+  return BAttacks[s][b_index(s, occ)];
 }
 
 
@@ -375,116 +168,89 @@ inline Bitboard squares_between(Square s1, Square s2) {
 
 /// squares_in_front_of takes a color and a square as input, and returns a
 /// bitboard representing all squares along the line in front of the square,
-/// from the point of view of the given color.  For instance,
-/// squares_in_front_of(BLACK, SQ_E4) returns a bitboard with the squares
-/// e3, e2 and e1 set.
+/// from the point of view of the given color. Definition of the table is:
+/// SquaresInFrontOf[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s)
 
 inline Bitboard squares_in_front_of(Color c, Square s) {
-  return in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
-}
-
-
-/// squares_behind is similar to squares_in_front, but returns the squares
-/// behind the square instead of in front of the square.
-
-inline Bitboard squares_behind(Color c, Square s) {
-  return in_front_bb(opposite_color(c), s) & file_bb(s);
+  return SquaresInFrontMask[c][s];
 }
 
 
 /// passed_pawn_mask takes a color and a square as input, and returns a
 /// bitboard mask which can be used to test if a pawn of the given color on
-/// the given square is a passed pawn.
+/// the given square is a passed pawn. Definition of the table is:
+/// PassedPawnMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & this_and_adjacent_files_bb(s)
 
 inline Bitboard passed_pawn_mask(Color c, Square s) {
   return PassedPawnMask[c][s];
 }
 
 
-/// outpost_mask takes a color and a square as input, and returns a bitboard
-/// mask which can be used to test whether a piece on the square can possibly
-/// be driven away by an enemy pawn.
+/// attack_span_mask takes a color and a square as input, and returns a bitboard
+/// representing all squares that can be attacked by a pawn of the given color
+/// when it moves along its file starting from the given square. Definition is:
+/// AttackSpanMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(s);
 
-inline Bitboard outpost_mask(Color c, Square s) {
-  return OutpostMask[c][s];
+inline Bitboard attack_span_mask(Color c, Square s) {
+  return AttackSpanMask[c][s];
 }
 
 
-/// isolated_pawn_mask takes a square as input, and returns a bitboard mask
-/// which can be used to test whether a pawn on the given square is isolated.
+/// squares_aligned returns true if the squares s1, s2 and s3 are aligned
+/// either on a straight or on a diagonal line.
 
-inline Bitboard isolated_pawn_mask(Square s) {
-  return neighboring_files_bb(s);
+inline bool squares_aligned(Square s1, Square s2, Square s3) {
+  return  (BetweenBB[s1][s2] | BetweenBB[s1][s3] | BetweenBB[s2][s3])
+        & (     SquareBB[s1] |      SquareBB[s2] |      SquareBB[s3]);
 }
 
 
-/// count_1s() counts the number of nonzero bits in a bitboard.
+/// same_color_squares() returns a bitboard representing all squares with
+/// the same color of the given square.
 
-#if defined(BITCOUNT_LOOP)
-
-inline int count_1s(Bitboard b) {
-  int r;
-  for(r = 0; b; r++, b &= b - 1);
-  return r;
+inline Bitboard same_color_squares(Square s) {
+  return Bitboard(0xAA55AA55AA55AA55ULL) & s ?  0xAA55AA55AA55AA55ULL
+                                             : ~0xAA55AA55AA55AA55ULL;
 }
 
-inline int count_1s_max_15(Bitboard b) {
-  return count_1s(b);
-}
 
-#elif defined(BITCOUNT_SWAR_32)
-
-inline int count_1s(Bitboard b) {
-  unsigned w = unsigned(b >> 32), v = unsigned(b);
-  v -= (v >> 1) & 0x55555555; // 0-2 in 2 bits
-  w -= (w >> 1) & 0x55555555;
-  v = ((v >> 2) & 0x33333333) + (v & 0x33333333); // 0-4 in 4 bits
-  w = ((w >> 2) & 0x33333333) + (w & 0x33333333);
-  v = ((v >> 4) + v) & 0x0F0F0F0F; // 0-8 in 8 bits
-  v += (((w >> 4) + w) & 0x0F0F0F0F);  // 0-16 in 8 bits
-  v *= 0x01010101; // mul is fast on amd procs
-  return int(v >> 24);
-}
+/// 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.
 
-inline int count_1s_max_15(Bitboard b) {
-  unsigned w = unsigned(b >> 32), v = unsigned(b);
-  v -= (v >> 1) & 0x55555555; // 0-2 in 2 bits
-  w -= (w >> 1) & 0x55555555;
-  v = ((v >> 2) & 0x33333333) + (v & 0x33333333); // 0-4 in 4 bits
-  w = ((w >> 2) & 0x33333333) + (w & 0x33333333);
-  v += w; // 0-8 in 4 bits
-  v *= 0x11111111;
-  return int(v >> 28);
-}
+#if defined(USE_BSFQ)
 
-#elif defined(BITCOUNT_SWAR_64)
+#if defined(_MSC_VER) && !defined(__INTEL_COMPILER)
 
-inline int count_1s(Bitboard b) {
-  b -= ((b>>1) & 0x5555555555555555ULL);
-  b = ((b>>2) & 0x3333333333333333ULL) + (b & 0x3333333333333333ULL);
-  b = ((b>>4) + b) & 0x0F0F0F0F0F0F0F0FULL;
-  b *= 0x0101010101010101ULL;
-  return int(b >> 56);
+FORCE_INLINE Square first_1(Bitboard b) {
+   unsigned long index;
+   _BitScanForward64(&index, b);
+   return (Square) index;
 }
+#else
 
-inline int count_1s_max_15(Bitboard b) {
-  b -= (b>>1) & 0x5555555555555555ULL;
-  b = ((b>>2) & 0x3333333333333333ULL) + (b & 0x3333333333333333ULL);
-  b *= 0x1111111111111111ULL;
-  return int(b >> 60);
+FORCE_INLINE Square first_1(Bitboard b) { // Assembly code by Heinz van Saanen
+  Bitboard dummy;
+  __asm__("bsfq %1, %0": "=r"(dummy): "rm"(b) );
+  return (Square) dummy;
 }
+#endif
 
-#endif // BITCOUNT
-
+FORCE_INLINE Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
+  const Square s = first_1(*b);
+  *b &= ~(1ULL<<s);
+  return s;
+}
 
-////
-//// Prototypes
-////
+#else // if !defined(USE_BSFQ)
 
-extern void print_bitboard(Bitboard b);
-extern void init_bitboards();
 extern Square first_1(Bitboard b);
-extern Square pop_1st_bit(Bitboard *b);
+extern Square pop_1st_bit(Bitboardb);
 
+#endif
+
+
+extern void print_bitboard(Bitboard b);
+extern void bitboards_init();
 
 #endif // !defined(BITBOARD_H_INCLUDED)