]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp
Cleanup includes
[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] = (attacks_bb(pt, s1, square_bb(s2)) & attacks_bb(pt, s2, square_bb(s1)));
114               }
115               BetweenBB[s1][s2] |= s2;
116           }
117   }
118 }
119
120 namespace {
121
122   Bitboard sliding_attack(PieceType pt, Square sq, Bitboard occupied) {
123
124     Bitboard attacks = 0;
125     Direction   RookDirections[4] = {NORTH, SOUTH, EAST, WEST};
126     Direction BishopDirections[4] = {NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST};
127
128     for (Direction d : (pt == ROOK ? RookDirections : BishopDirections))
129     {
130         Square s = sq;
131         while (safe_destination(s, d) && !(occupied & s))
132             attacks |= (s += d);
133     }
134
135     return attacks;
136   }
137
138
139   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
140   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
141   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
142   // called "fancy" approach.
143
144   void init_magics(PieceType pt, Bitboard table[], Magic magics[]) {
145
146     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
147     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
148                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
149
150     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
151     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
152
153     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
154     {
155         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
156         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
157
158         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
159         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
160         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
161         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
162         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
163         Magic& m = magics[s];
164         m.mask  = sliding_attack(pt, s, 0) & ~edges;
165         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
166
167         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
168         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
169         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
170
171         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
172         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
173         b = size = 0;
174         do {
175             occupancy[size] = b;
176             reference[size] = sliding_attack(pt, s, b);
177
178             if (HasPext)
179                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
180
181             size++;
182             b = (b - m.mask) & m.mask;
183         } while (b);
184
185         if (HasPext)
186             continue;
187
188         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
189
190         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
191         // until we find the one that passes the verification test.
192         for (int i = 0; i < size; )
193         {
194             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
195                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
196
197             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
198             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
199             // Note that we build up the database for square 's' as a side
200             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
201             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
202             // m.attacks[] after every failed attempt.
203             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
204             {
205                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
206
207                 if (epoch[idx] < cnt)
208                 {
209                     epoch[idx] = cnt;
210                     m.attacks[idx] = reference[i];
211                 }
212                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
213                     break;
214             }
215         }
216     }
217   }
218 }
219
220 } // namespace Stockfish