git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22
  23 #include "bitboard.h"
  24 #include "misc.h"
  25
  26 uint8_t PopCnt16[1 << 16];
  27 int8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  28
  29 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  30 Bitboard ForwardRanksBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  31 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  32 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  33 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  34 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  35 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  36
  37 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
  38 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
  39
  40 namespace {
  41
  42   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
  43   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
  44
  45   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]);
  46
  47   // popcount16() counts the non-zero bits using SWAR-Popcount algorithm
  48
  49   unsigned popcount16(unsigned u) {
  50     u -= (u >> 1) & 0x5555U;
  51     u = ((u >> 2) & 0x3333U) + (u & 0x3333U);
  52     u = ((u >> 4) + u) & 0x0F0FU;
  53     return (u * 0x0101U) >> 8;
  54   }
  55 }
  56
  57
  58 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
  59 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
  60
  61 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
  62
  63   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  64
  65   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
  66   {
  67       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  68           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
  69
  70       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  71   }
  72
  73   return s;
  74 }
  75
  76
  77 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
  78 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
  79
  80 void Bitboards::init() {
  81
  82   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
  83       PopCnt16[i] = (uint8_t) popcount16(i);
  84
  85   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
  86       SquareBB[s] = (1ULL << s);
  87
  88   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
  89       ForwardRanksBB[WHITE][r] = ~(ForwardRanksBB[BLACK][r + 1] = ForwardRanksBB[BLACK][r] | rank_bb(r));
  90
  91   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
  92       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
  93           if (s1 != s2)
  94           {
  95               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
  96               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2]] |= s2;
  97           }
  98
  99   int steps[][5] = { {}, { 7, 9 }, { 6, 10, 15, 17 }, {}, {}, {}, { 1, 7, 8, 9 } };
 100
 101   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 102       for (PieceType pt : { PAWN, KNIGHT, KING })
 103           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 104               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 105               {
 106                   Square to = s + Direction(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 107
 108                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 109                   {
 110                       if (pt == PAWN)
 111                           PawnAttacks[c][s] |= to;
 112                       else
 113                           PseudoAttacks[pt][s] |= to;
 114                   }
 115               }
 116
 117   Direction RookDirections[] = { NORTH, EAST, SOUTH, WEST };
 118   Direction BishopDirections[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
 119
 120   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDirections);
 121   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDirections);
 122
 123   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 124   {
 125       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 126       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 127
 128       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
 129           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 130           {
 131               if (!(PseudoAttacks[pt][s1] & s2))
 132                   continue;
 133
 134               LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
 135               BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pt, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pt, s2, SquareBB[s1]);
 136           }
 137   }
 138 }
 139
 140
 141 namespace {
 142
 143   Bitboard sliding_attack(Direction directions[], Square sq, Bitboard occupied) {
 144
 145     Bitboard attack = 0;
 146
 147     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 148         for (Square s = sq + directions[i];
 149              is_ok(s) && distance(s, s - directions[i]) == 1;
 150              s += directions[i])
 151         {
 152             attack |= s;
 153
 154             if (occupied & s)
 155                 break;
 156         }
 157
 158     return attack;
 159   }
 160
 161
 162   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 163   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 164   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
 165   // called "fancy" approach.
 166
 167   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]) {
 168
 169     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
 170     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 171                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 172
 173     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 174     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
 175
 176     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 177     {
 178         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 179         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 180
 181         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 182         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 183         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 184         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 185         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 186         Magic& m = magics[s];
 187         m.mask  = sliding_attack(directions, s, 0) & ~edges;
 188         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
 189
 190         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
 191         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 192         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
 193
 194         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 195         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 196         b = size = 0;
 197         do {
 198             occupancy[size] = b;
 199             reference[size] = sliding_attack(directions, s, b);
 200
 201             if (HasPext)
 202                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
 203
 204             size++;
 205             b = (b - m.mask) & m.mask;
 206         } while (b);
 207
 208         if (HasPext)
 209             continue;
 210
 211         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 212
 213         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 214         // until we find the one that passes the verification test.
 215         for (int i = 0; i < size; )
 216         {
 217             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
 218                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 219
 220             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 221             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 222             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 223             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
 224             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
 225             // m.attacks[] after every failed attempt.
 226             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
 227             {
 228                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
 229
 230                 if (epoch[idx] < cnt)
 231                 {
 232                     epoch[idx] = cnt;
 233                     m.attacks[idx] = reference[i];
 234                 }
 235                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
 236                     break;
 237             }
 238         }
 239     }
 240   }
 241 }