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) 2015-2017 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 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
  30 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
  31
  32 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  33 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  34 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  35 Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  36 Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  37 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  38 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  39 Bitboard DistanceRingBB[SQUARE_NB][8];
  40 Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  41 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  42 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  43 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  44 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  45
  46 namespace {
  47
  48   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
  49   const uint64_t DeBruijn64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
  50   const uint32_t DeBruijn32 = 0x783A9B23;
  51
  52   int MSBTable[256];            // To implement software msb()
  53   Square BSFTable[SQUARE_NB];   // To implement software bitscan
  54   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
  55   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
  56
  57   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  58
  59   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Square deltas[], Fn index);
  60
  61   // bsf_index() returns the index into BSFTable[] to look up the bitscan. Uses
  62   // Matt Taylor's folding for 32 bit case, extended to 64 bit by Kim Walisch.
  63
  64   unsigned bsf_index(Bitboard b) {
  65     b ^= b - 1;
  66     return Is64Bit ? (b * DeBruijn64) >> 58
  67                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn32) >> 26;
  68   }
  69
  70
  71   // popcount16() counts the non-zero bits using SWAR-Popcount algorithm
  72
  73   unsigned popcount16(unsigned u) {
  74     u -= (u >> 1) & 0x5555U;
  75     u = ((u >> 2) & 0x3333U) + (u & 0x3333U);
  76     u = ((u >> 4) + u) & 0x0F0FU;
  77     return (u * 0x0101U) >> 8;
  78   }
  79 }
  80
  81 #ifdef NO_BSF
  82
  83 /// Software fall-back of lsb() and msb() for CPU lacking hardware support
  84
  85 Square lsb(Bitboard b) {
  86   assert(b);
  87   return BSFTable[bsf_index(b)];
  88 }
  89
  90 Square msb(Bitboard b) {
  91
  92   assert(b);
  93   unsigned b32;
  94   int result = 0;
  95
  96   if (b > 0xFFFFFFFF)
  97   {
  98       b >>= 32;
  99       result = 32;
 100   }
 101
 102   b32 = unsigned(b);
 103
 104   if (b32 > 0xFFFF)
 105   {
 106       b32 >>= 16;
 107       result += 16;
 108   }
 109
 110   if (b32 > 0xFF)
 111   {
 112       b32 >>= 8;
 113       result += 8;
 114   }
 115
 116   return Square(result + MSBTable[b32]);
 117 }
 118
 119 #endif // ifdef NO_BSF
 120
 121
 122 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard suitable
 123 /// to be printed to standard output. Useful for debugging.
 124
 125 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
 126
 127   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
 128
 129   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
 130   {
 131       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 132           s += b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ";
 133
 134       s += "|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
 135   }
 136
 137   return s;
 138 }
 139
 140
 141 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
 142 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
 143
 144 void Bitboards::init() {
 145
 146   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
 147       PopCnt16[i] = (uint8_t) popcount16(i);
 148
 149   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 150   {
 151       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 152       BSFTable[bsf_index(SquareBB[s])] = s;
 153   }
 154
 155   for (Bitboard b = 2; b < 256; ++b)
 156       MSBTable[b] = MSBTable[b - 1] + !more_than_one(b);
 157
 158   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 159       FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
 160
 161   for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
 162       RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
 163
 164   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 165       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 166
 167   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 168       InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 169
 170   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 171       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 172       {
 173           ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 174           PawnAttackSpan[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
 175           PassedPawnMask[c][s] = ForwardBB[c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 176       }
 177
 178   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 179       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 180           if (s1 != s2)
 181           {
 182               SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
 183               DistanceRingBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
 184           }
 185
 186   int steps[][5] = { {}, { 7, 9 }, { 6, 10, 15, 17 }, {}, {}, {}, { 1, 7, 8, 9 } };
 187
 188   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 189       for (PieceType pt : { PAWN, KNIGHT, KING })
 190           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 191               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 192               {
 193                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 194
 195                   if (is_ok(to) && distance(s, to) < 3)
 196                   {
 197                       if (pt == PAWN)
 198                           PawnAttacks[c][s] |= to;
 199                       else
 200                           PseudoAttacks[pt][s] |= to;
 201                   }
 202               }
 203
 204   Square RookDeltas[] = { NORTH,  EAST,  SOUTH,  WEST };
 205   Square BishopDeltas[] = { NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST };
 206
 207   init_magics(RookTable, RookMagics, RookDeltas, magic_index<ROOK>);
 208   init_magics(BishopTable, BishopMagics, BishopDeltas, magic_index<BISHOP>);
 209
 210   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 211   {
 212       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 213       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 214
 215       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
 216           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 217           {
 218               if (!(PseudoAttacks[pt][s1] & s2))
 219                   continue;
 220
 221               LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
 222               BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pt, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pt, s2, SquareBB[s1]);
 223           }
 224   }
 225 }
 226
 227
 228 namespace {
 229
 230   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 231
 232     Bitboard attack = 0;
 233
 234     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 235         for (Square s = sq + deltas[i];
 236              is_ok(s) && distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 237              s += deltas[i])
 238         {
 239             attack |= s;
 240
 241             if (occupied & s)
 242                 break;
 243         }
 244
 245     return attack;
 246   }
 247
 248
 249   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 250   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 251   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 252   // use the so called "fancy" approach.
 253
 254   void init_magics(Bitboard table[], Magic magics[], Square deltas[], Fn index) {
 255
 256     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
 257                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
 258
 259     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 260     int age[4096] = {0}, current = 0, i, size;
 261
 262     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 263     magics[SQ_A1].attacks = table;
 264
 265     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 266     {
 267         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 268         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 269
 270         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 271         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 272         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 273         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 274         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 275         magics[s].mask  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 276         magics[s].shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(magics[s].mask);
 277
 278         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 279         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 280         b = size = 0;
 281         do {
 282             occupancy[size] = b;
 283             reference[size] = sliding_attack(deltas, s, b);
 284
 285             if (HasPext)
 286                 magics[s].attacks[pext(b, magics[s].mask)] = reference[size];
 287
 288             size++;
 289             b = (b - magics[s].mask) & magics[s].mask;
 290         } while (b);
 291
 292         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 293         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 294         if (s < SQ_H8)
 295             magics[s + 1].attacks = magics[s].attacks + size;
 296
 297         if (HasPext)
 298             continue;
 299
 300         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
 301
 302         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 303         // until we find the one that passes the verification test.
 304         do {
 305             do
 306                 magics[s].magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
 307             while (popcount((magics[s].magic * magics[s].mask) >> 56) < 6);
 308
 309             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 310             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 311             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 312             // effect of verifying the magic.
 313             for (++current, i = 0; i < size; ++i)
 314             {
 315                 unsigned idx = index(s, occupancy[i]);
 316
 317                 if (age[idx] < current)
 318                 {
 319                     age[idx] = current;
 320                     magics[s].attacks[idx] = reference[i];
 321                 }
 322                 else if (magics[s].attacks[idx] != reference[i])
 323                     break;
 324             }
 325         } while (i < size);
 326     }
 327   }
 328 }