]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp
add clang-format
[stockfish] / src / bitboard.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2023 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include "bitboard.h"
20
21 #include <algorithm>
22 #include <bitset>
23 #include <initializer_list>
24
25 #include "misc.h"
26
27 namespace Stockfish {
28
29 uint8_t PopCnt16[1 << 16];
30 uint8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
31
32 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
33 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
34 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
35 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
36
37 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
38 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
39
40 namespace {
41
42 Bitboard RookTable[0x19000];   // To store rook attacks
43 Bitboard BishopTable[0x1480];  // To store bishop attacks
44
45 void init_magics(PieceType pt, Bitboard table[], Magic magics[]);
46
47 }
48
49 // safe_destination() returns the bitboard of target square for the given step
50 // from the given square. If the step is off the board, returns empty bitboard.
51
52 inline Bitboard safe_destination(Square s, int step) {
53     Square to = Square(s + step);
54     return is_ok(to) && distance(s, to) <= 2 ? square_bb(to) : Bitboard(0);
55 }
56
57
58 // Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
59 // to be printed to standard output. Useful for debugging.
60
61 std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
62
63     std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
64
65     for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
66     {
67         for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
68             s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
69
70         s += "| " + std::to_string(1 + r) + "\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
71     }
72     s += "  a   b   c   d   e   f   g   h\n";
73
74     return s;
75 }
76
77
78 // Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
79 // startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
80
81 void Bitboards::init() {
82
83     for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
84         PopCnt16[i] = uint8_t(std::bitset<16>(i).count());
85
86     for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
87         for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
88             SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
89
90     init_magics(ROOK, RookTable, RookMagics);
91     init_magics(BISHOP, BishopTable, BishopMagics);
92
93     for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
94     {
95         PawnAttacks[WHITE][s1] = pawn_attacks_bb<WHITE>(square_bb(s1));
96         PawnAttacks[BLACK][s1] = pawn_attacks_bb<BLACK>(square_bb(s1));
97
98         for (int step : {-9, -8, -7, -1, 1, 7, 8, 9})
99             PseudoAttacks[KING][s1] |= safe_destination(s1, step);
100
101         for (int step : {-17, -15, -10, -6, 6, 10, 15, 17})
102             PseudoAttacks[KNIGHT][s1] |= safe_destination(s1, step);
103
104         PseudoAttacks[QUEEN][s1] = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
105         PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[ROOK][s1]  = attacks_bb<ROOK>(s1, 0);
106
107         for (PieceType pt : {BISHOP, ROOK})
108             for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
109             {
110                 if (PseudoAttacks[pt][s1] & s2)
111                 {
112                     LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
113                     BetweenBB[s1][s2] =
114                       (attacks_bb(pt, s1, square_bb(s2)) & attacks_bb(pt, s2, square_bb(s1)));
115                 }
116                 BetweenBB[s1][s2] |= s2;
117             }
118     }
119 }
120
121 namespace {
122
123 Bitboard sliding_attack(PieceType pt, Square sq, Bitboard occupied) {
124
125     Bitboard  attacks             = 0;
126     Direction RookDirections[4]   = {NORTH, SOUTH, EAST, WEST};
127     Direction BishopDirections[4] = {NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST};
128
129     for (Direction d : (pt == ROOK ? RookDirections : BishopDirections))
130     {
131         Square s = sq;
132         while (safe_destination(s, d) && !(occupied & s))
133             attacks |= (s += d);
134     }
135
136     return attacks;
137 }
138
139
140 // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
141 // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
142 // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
143 // called "fancy" approach.
144
145 void init_magics(PieceType pt, Bitboard table[], Magic magics[]) {
146
147     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
148     int seeds[][RANK_NB] = {{8977, 44560, 54343, 38998, 5731, 95205, 104912, 17020},
149                             {728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100, 16645, 255}};
150
151     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
152     int      epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
153
154     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
155     {
156         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
157         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
158
159         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
160         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
161         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
162         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
163         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
164         Magic& m = magics[s];
165         m.mask   = sliding_attack(pt, s, 0) & ~edges;
166         m.shift  = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
167
168         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
169         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
170         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
171
172         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
173         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
174         b = size = 0;
175         do
176         {
177             occupancy[size] = b;
178             reference[size] = sliding_attack(pt, s, b);
179
180             if (HasPext)
181                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
182
183             size++;
184             b = (b - m.mask) & m.mask;
185         } while (b);
186
187         if (HasPext)
188             continue;
189
190         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
191
192         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
193         // until we find the one that passes the verification test.
194         for (int i = 0; i < size;)
195         {
196             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6;)
197                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
198
199             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
200             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
201             // Note that we build up the database for square 's' as a side
202             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
203             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
204             // m.attacks[] after every failed attempt.
205             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
206             {
207                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
208
209                 if (epoch[idx] < cnt)
210                 {
211                     epoch[idx]     = cnt;
212                     m.attacks[idx] = reference[i];
213                 }
214                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
215                     break;
216             }
217         }
218     }
219 }
220 }
221
222 }  // namespace Stockfish