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