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 int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  28
  29 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  30 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  31 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  32 Bitboard ForwardRanksBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  33 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  34 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  35 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  36 Bitboard ForwardFileBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  37 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  38 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  39 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  40 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  41
  42 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
  43 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
  44
  45 namespace {
  46
  47   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
  48   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
  49
  50   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]);
  51
  52   // popcount16() counts the non-zero bits using SWAR-Popcount algorithm
  53
  54   unsigned popcount16(unsigned u) {
  55     u -= (u >> 1) & 0x5555U;
  56     u = ((u >> 2) & 0x3333U) + (u & 0x3333U);
  57     u = ((u >> 4) + u) & 0x0F0FU;
  58     return (u * 0x0101U) >> 8;
  59   }
  60 }
  61
  62
  63 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
  64 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
  65
  66 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
  67
  68   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  69
  70   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
  71   {
  72       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  73           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
  74
  75       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  76   }
  77
  78   return s;
  79 }
  80
  81
  82 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
  83 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
  84
  85 void Bitboards::init() {
  86
  87   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
  88       PopCnt16[i] = (uint8_t) popcount16(i);
  89
  90   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
  91       SquareBB[s] = (1ULL << s);
  92
  93   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  94       FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
  95
  96   for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
  97       RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
  98
  99   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 100       ForwardRanksBB[WHITE][r] = ~(ForwardRanksBB[BLACK][r + 1] = ForwardRanksBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 101
 102   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 103       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 104       {
 105           ForwardFileBB [c][s] = ForwardRanksBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 106           PawnAttackSpan[c][s] = ForwardRanksBB[c][rank_of(s)] & adjacent_files_bb(file_of(s));
 107           PassedPawnMask[c][s] = ForwardFileBB [c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 108       }
 109
 110   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 111       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 112           if (s1 != s2)
 113           {
 114               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
 115               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2]] |= s2;
 116           }
 117
 118   int steps[][5] = { {}, { 7, 9 }, { 6, 10, 15, 17 }, {}, {}, {}, { 1, 7, 8, 9 } };
 119
 120   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 121       for (PieceType pt : { PAWN, KNIGHT, KING })
 122           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 123               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 124               {
 125                   Square to = s + Direction(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 126
 127                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 128                   {
 129                       if (pt == PAWN)
 130                           PawnAttacks[c][s] |= to;
 131                       else
 132                           PseudoAttacks[pt][s] |= to;
 133                   }
 134               }
 135
 136   Direction RookDirections[] = { NORTH, EAST, SOUTH, WEST };
 137   Direction BishopDirections[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
 138
 139   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDirections);
 140   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDirections);
 141
 142   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 143   {
 144       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 145       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 146
 147       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
 148           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 149           {
 150               if (!(PseudoAttacks[pt][s1] & s2))
 151                   continue;
 152
 153               LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
 154               BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pt, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pt, s2, SquareBB[s1]);
 155           }
 156   }
 157 }
 158
 159
 160 namespace {
 161
 162   Bitboard sliding_attack(Direction directions[], Square sq, Bitboard occupied) {
 163
 164     Bitboard attack = 0;
 165
 166     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 167         for (Square s = sq + directions[i];
 168              is_ok(s) && distance(s, s - directions[i]) == 1;
 169              s += directions[i])
 170         {
 171             attack |= s;
 172
 173             if (occupied & s)
 174                 break;
 175         }
 176
 177     return attack;
 178   }
 179
 180
 181   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 182   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 183   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
 184   // called "fancy" approach.
 185
 186   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]) {
 187
 188     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
 189     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 190                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 191
 192     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 193     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
 194
 195     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 196     {
 197         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 198         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 199
 200         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 201         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 202         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 203         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 204         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 205         Magic& m = magics[s];
 206         m.mask  = sliding_attack(directions, s, 0) & ~edges;
 207         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
 208
 209         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
 210         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 211         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
 212
 213         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 214         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 215         b = size = 0;
 216         do {
 217             occupancy[size] = b;
 218             reference[size] = sliding_attack(directions, s, b);
 219
 220             if (HasPext)
 221                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
 222
 223             size++;
 224             b = (b - m.mask) & m.mask;
 225         } while (b);
 226
 227         if (HasPext)
 228             continue;
 229
 230         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 231
 232         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 233         // until we find the one that passes the verification test.
 234         for (int i = 0; i < size; )
 235         {
 236             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
 237                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 238
 239             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 240             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 241             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 242             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
 243             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
 244             // m.attacks[] after every failed attempt.
 245             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
 246             {
 247                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
 248
 249                 if (epoch[idx] < cnt)
 250                 {
 251                     epoch[idx] = cnt;
 252                     m.attacks[idx] = reference[i];
 253                 }
 254                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
 255                     break;
 256             }
 257         }
 258     }
 259   }
 260 }