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 <bitset>
  22 #include <algorithm>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "misc.h"
  26
  27 uint8_t PopCnt16[1 << 16];
  28 uint8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  29
  30 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  31 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  32 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  33 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  34 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  35 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  36
  37 Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  38   QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  39   CenterFiles, CenterFiles,
  40   KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  41 };
  42
  43 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
  44 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
  45
  46 namespace {
  47
  48   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
  49   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
  50
  51   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]);
  52 }
  53
  54
  55 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
  56 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
  57
  58 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
  59
  60   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  61
  62   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
  63   {
  64       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  65           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
  66
  67       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  68   }
  69
  70   return s;
  71 }
  72
  73
  74 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
  75 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
  76
  77 void Bitboards::init() {
  78
  79   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
  80       PopCnt16[i] = std::bitset<16>(i).count();
  81
  82   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
  83       SquareBB[s] = (1ULL << s);
  84
  85   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
  86       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
  87           {
  88               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
  89               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2]] |= s2;
  90           }
  91
  92   int steps[][5] = { {}, { 7, 9 }, { 6, 10, 15, 17 }, {}, {}, {}, { 1, 7, 8, 9 } };
  93
  94   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
  95       for (PieceType pt : { PAWN, KNIGHT, KING })
  96           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
  97               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
  98               {
  99                   Square to = s + Direction(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 100
 101                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 102                   {
 103                       if (pt == PAWN)
 104                           PawnAttacks[c][s] |= to;
 105                       else
 106                           PseudoAttacks[pt][s] |= to;
 107                   }
 108               }
 109
 110   Direction RookDirections[] = { NORTH, EAST, SOUTH, WEST };
 111   Direction BishopDirections[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
 112
 113   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDirections);
 114   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDirections);
 115
 116   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 117   {
 118       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 119       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 120
 121       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
 122           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 123               if (PseudoAttacks[pt][s1] & s2)
 124               {
 125                   LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
 126                   BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pt, s1, square_bb(s2)) & attacks_bb(pt, s2, square_bb(s1));
 127               }
 128   }
 129 }
 130
 131
 132 namespace {
 133
 134   Bitboard sliding_attack(Direction directions[], Square sq, Bitboard occupied) {
 135
 136     Bitboard attack = 0;
 137
 138     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 139         for (Square s = sq + directions[i];
 140              is_ok(s) && distance(s, s - directions[i]) == 1;
 141              s += directions[i])
 142         {
 143             attack |= s;
 144
 145             if (occupied & s)
 146                 break;
 147         }
 148
 149     return attack;
 150   }
 151
 152
 153   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 154   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 155   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
 156   // called "fancy" approach.
 157
 158   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]) {
 159
 160     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
 161     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 162                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 163
 164     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 165     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
 166
 167     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 168     {
 169         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 170         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 171
 172         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 173         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 174         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 175         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 176         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 177         Magic& m = magics[s];
 178         m.mask  = sliding_attack(directions, s, 0) & ~edges;
 179         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
 180
 181         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
 182         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 183         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
 184
 185         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 186         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 187         b = size = 0;
 188         do {
 189             occupancy[size] = b;
 190             reference[size] = sliding_attack(directions, s, b);
 191
 192             if (HasPext)
 193                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
 194
 195             size++;
 196             b = (b - m.mask) & m.mask;
 197         } while (b);
 198
 199         if (HasPext)
 200             continue;
 201
 202         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 203
 204         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 205         // until we find the one that passes the verification test.
 206         for (int i = 0; i < size; )
 207         {
 208             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
 209                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 210
 211             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 212             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 213             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 214             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
 215             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
 216             // m.attacks[] after every failed attempt.
 217             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
 218             {
 219                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
 220
 221                 if (epoch[idx] < cnt)
 222                 {
 223                     epoch[idx] = cnt;
 224                     m.attacks[idx] = reference[i];
 225                 }
 226                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
 227                     break;
 228             }
 229         }
 230     }
 231   }
 232 }