Improve move order near the root
[stockfish] / 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) 2015-2020 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 #include <bitset>
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 SquareBB[SQUARE_NB];
31 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
32 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
33 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
34
35 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
36 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
37
38 namespace {
39
40   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
41   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
42
43   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]);
44 }
45
46
47 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
48 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
49
50 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
51
52   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
53
54   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
55   {
56       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
57           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
58
59       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
60   }
61
62   return s;
63 }
64
65
66 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
67 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
68
69 void Bitboards::init() {
70
71   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
72       PopCnt16[i] = std::bitset<16>(i).count();
73
74   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
75       SquareBB[s] = (1ULL << s);
76
77   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
78       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
79           SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
80
81   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
82   {
83       PawnAttacks[WHITE][s] = pawn_attacks_bb<WHITE>(square_bb(s));
84       PawnAttacks[BLACK][s] = pawn_attacks_bb<BLACK>(square_bb(s));
85   }
86
87   // Helper returning the target bitboard of a step from a square
88   auto landing_square_bb = [&](Square s, int step)
89   {
90       Square to = Square(s + step);
91       return is_ok(to) && distance(s, to) <= 2 ? square_bb(to) : Bitboard(0);
92   };
93
94   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
95   {
96       for (int step : {-9, -8, -7, -1, 1, 7, 8, 9} )
97          PseudoAttacks[KING][s] |= landing_square_bb(s, step);
98
99       for (int step : {-17, -15, -10, -6, 6, 10, 15, 17} )
100          PseudoAttacks[KNIGHT][s] |= landing_square_bb(s, step);
101   }
102
103   Direction RookDirections[] = { NORTH, EAST, SOUTH, WEST };
104   Direction BishopDirections[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
105
106   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDirections);
107   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDirections);
108
109   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
110   {
111       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
112       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
113
114       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
115           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
116               if (PseudoAttacks[pt][s1] & s2)
117                   LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
118   }
119 }
120
121
122 namespace {
123
124   Bitboard sliding_attack(Direction directions[], Square sq, Bitboard occupied) {
125
126     Bitboard attack = 0;
127
128     for (int i = 0; i < 4; ++i)
129         for (Square s = sq + directions[i];
130              is_ok(s) && distance(s, s - directions[i]) == 1;
131              s += directions[i])
132         {
133             attack |= s;
134
135             if (occupied & s)
136                 break;
137         }
138
139     return attack;
140   }
141
142
143   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
144   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
145   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
146   // called "fancy" approach.
147
148   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]) {
149
150     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
151     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
152                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
153
154     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
155     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
156
157     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
158     {
159         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
160         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
161
162         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
163         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
164         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
165         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
166         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
167         Magic& m = magics[s];
168         m.mask  = sliding_attack(directions, s, 0) & ~edges;
169         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
170
171         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
172         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
173         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
174
175         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
176         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
177         b = size = 0;
178         do {
179             occupancy[size] = b;
180             reference[size] = sliding_attack(directions, s, b);
181
182             if (HasPext)
183                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
184
185             size++;
186             b = (b - m.mask) & m.mask;
187         } while (b);
188
189         if (HasPext)
190             continue;
191
192         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
193
194         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
195         // until we find the one that passes the verification test.
196         for (int i = 0; i < size; )
197         {
198             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
199                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
200
201             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
202             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
203             // Note that we build up the database for square 's' as a side
204             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
205             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
206             // m.attacks[] after every failed attempt.
207             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
208             {
209                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
210
211                 if (epoch[idx] < cnt)
212                 {
213                     epoch[idx] = cnt;
214                     m.attacks[idx] = reference[i];
215                 }
216                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
217                     break;
218             }
219         }
220     }
221   }
222 }