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) 2015-2018 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 AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  33 Bitboard ForwardRanksBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  34 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  35 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  36 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  37 Bitboard ForwardFileBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  38 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  39 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  40 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  41 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  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   // popcount16() counts the non-zero bits using SWAR-Popcount algorithm
  54
  55   unsigned popcount16(unsigned u) {
  56     u -= (u >> 1) & 0x5555U;
  57     u = ((u >> 2) & 0x3333U) + (u & 0x3333U);
  58     u = ((u >> 4) + u) & 0x0F0FU;
  59     return (u * 0x0101U) >> 8;
  60   }
  61 }
  62
  63
  64 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
  65 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
  66
  67 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
  68
  69   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  70
  71   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
  72   {
  73       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  74           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
  75
  76       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
  77   }
  78
  79   return s;
  80 }
  81
  82
  83 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
  84 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
  85
  86 void Bitboards::init() {
  87
  88   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
  89       PopCnt16[i] = (uint8_t) popcount16(i);
  90
  91   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
  92       SquareBB[s] = make_bitboard(s);
  93
  94   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
  95       FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
  96
  97   for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
  98       RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
  99
 100   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 101       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 102
 103   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 104       ForwardRanksBB[WHITE][r] = ~(ForwardRanksBB[BLACK][r + 1] = ForwardRanksBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 105
 106   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 107       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 108       {
 109           ForwardFileBB [c][s] = ForwardRanksBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 110           PawnAttackSpan[c][s] = ForwardRanksBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
 111           PassedPawnMask[c][s] = ForwardFileBB [c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 112       }
 113
 114   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 115       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 116           if (s1 != s2)
 117           {
 118               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
 119               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
 120           }
 121
 122   int steps[][5] = { {}, { 7, 9 }, { 6, 10, 15, 17 }, {}, {}, {}, { 1, 7, 8, 9 } };
 123
 124   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 125       for (PieceType pt : { PAWN, KNIGHT, KING })
 126           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 127               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 128               {
 129                   Square to = s + Direction(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 130
 131                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 132                   {
 133                       if (pt == PAWN)
 134                           PawnAttacks[c][s] |= to;
 135                       else
 136                           PseudoAttacks[pt][s] |= to;
 137                   }
 138               }
 139
 140   Direction RookDirections[] = { NORTH,  EAST,  SOUTH,  WEST };
 141   Direction BishopDirections[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
 142
 143   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDirections);
 144   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDirections);
 145
 146   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 147   {
 148       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 149       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 150
 151       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
 152           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 153           {
 154               if (!(PseudoAttacks[pt][s1] & s2))
 155                   continue;
 156
 157               LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
 158               BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pt, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pt, s2, SquareBB[s1]);
 159           }
 160   }
 161 }
 162
 163
 164 namespace {
 165
 166   Bitboard sliding_attack(Direction directions[], Square sq, Bitboard occupied) {
 167
 168     Bitboard attack = 0;
 169
 170     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 171         for (Square s = sq + directions[i];
 172              is_ok(s) && distance(s, s - directions[i]) == 1;
 173              s += directions[i])
 174         {
 175             attack |= s;
 176
 177             if (occupied & s)
 178                 break;
 179         }
 180
 181     return attack;
 182   }
 183
 184
 185   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 186   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 187   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 188   // use the so called "fancy" approach.
 189
 190   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Direction directions[]) {
 191
 192     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
 193     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 194                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 195
 196     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 197     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
 198
 199     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 200     {
 201         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 202         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 203
 204         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 205         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 206         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 207         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 208         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 209         Magic& m = magics[s];
 210         m.mask  = sliding_attack(directions, s, 0) & ~edges;
 211         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
 212
 213         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
 214         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 215         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
 216
 217         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 218         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 219         b = size = 0;
 220         do {
 221             occupancy[size] = b;
 222             reference[size] = sliding_attack(directions, s, b);
 223
 224             if (HasPext)
 225                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
 226
 227             size++;
 228             b = (b - m.mask) & m.mask;
 229         } while (b);
 230
 231         if (HasPext)
 232             continue;
 233
 234         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 235
 236         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 237         // until we find the one that passes the verification test.
 238         for (int i = 0; i < size; )
 239         {
 240             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
 241                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 242
 243             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 244             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 245             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 246             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
 247             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
 248             // m.attacks[] after every failed attempt.
 249             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
 250             {
 251                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
 252
 253                 if (epoch[idx] < cnt)
 254                 {
 255                     epoch[idx] = cnt;
 256                     m.attacks[idx] = reference[i];
 257                 }
 258                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
 259                     break;
 260             }
 261         }
 262     }
 263   }
 264 }