]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.cpp
fd5c3c22536c62d03095f4f87fbf23c4780b7139
[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 <algorithm>
20 #include <bitset>
21
22 #include "bitboard.h"
23 #include "misc.h"
24
25 namespace Stockfish {
26
27 uint8_t PopCnt16[1 << 16];
28 uint8_t SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
29
30 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
31 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
32 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
33 Bitboard PawnAttacks[COLOR_NB][SQUARE_NB];
34
35 Magic RookMagics[SQUARE_NB];
36 Magic BishopMagics[SQUARE_NB];
37
38 namespace {
39
40   Bitboard RookTable[0x19000];  // To store rook attacks
41   Bitboard BishopTable[0x1480]; // To store bishop attacks
42
43   void init_magics(PieceType pt, Bitboard table[], Magic magics[]);
44
45 }
46
47 /// safe_destination() returns the bitboard of target square for the given step
48 /// from the given square. If the step is off the board, returns empty bitboard.
49
50 inline Bitboard safe_destination(Square s, int step) {
51     Square to = Square(s + step);
52     return is_ok(to) && distance(s, to) <= 2 ? square_bb(to) : Bitboard(0);
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 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 += "| " + std::to_string(1 + r) + "\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
69   }
70   s += "  a   b   c   d   e   f   g   h\n";
71
72   return s;
73 }
74
75
76 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
77 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
78
79 void Bitboards::init() {
80
81   for (unsigned i = 0; i < (1 << 16); ++i)
82       PopCnt16[i] = uint8_t(std::bitset<16>(i).count());
83
84   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
85       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
86           SquareDistance[s1][s2] = std::max(distance<File>(s1, s2), distance<Rank>(s1, s2));
87
88   init_magics(ROOK, RookTable, RookMagics);
89   init_magics(BISHOP, BishopTable, BishopMagics);
90
91   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
92   {
93       PawnAttacks[WHITE][s1] = pawn_attacks_bb<WHITE>(square_bb(s1));
94       PawnAttacks[BLACK][s1] = pawn_attacks_bb<BLACK>(square_bb(s1));
95
96       for (int step : {-9, -8, -7, -1, 1, 7, 8, 9} )
97          PseudoAttacks[KING][s1] |= safe_destination(s1, step);
98
99       for (int step : {-17, -15, -10, -6, 6, 10, 15, 17} )
100          PseudoAttacks[KNIGHT][s1] |= safe_destination(s1, step);
101
102       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
103       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
104
105       for (PieceType pt : { BISHOP, ROOK })
106           for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
107           {
108               if (PseudoAttacks[pt][s1] & s2)
109               {
110                   LineBB[s1][s2]    = (attacks_bb(pt, s1, 0) & attacks_bb(pt, s2, 0)) | s1 | s2;
111                   BetweenBB[s1][s2] = (attacks_bb(pt, s1, square_bb(s2)) & attacks_bb(pt, s2, square_bb(s1)));
112               }
113               BetweenBB[s1][s2] |= s2;
114           }
115   }
116 }
117
118 namespace {
119
120   Bitboard sliding_attack(PieceType pt, Square sq, Bitboard occupied) {
121
122     Bitboard attacks = 0;
123     Direction   RookDirections[4] = {NORTH, SOUTH, EAST, WEST};
124     Direction BishopDirections[4] = {NORTH_EAST, SOUTH_EAST, SOUTH_WEST, NORTH_WEST};
125
126     for (Direction d : (pt == ROOK ? RookDirections : BishopDirections))
127     {
128         Square s = sq;
129         while (safe_destination(s, d) && !(occupied & s))
130             attacks |= (s += d);
131     }
132
133     return attacks;
134   }
135
136
137   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
138   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
139   // www.chessprogramming.org/Magic_Bitboards. In particular, here we use the so
140   // called "fancy" approach.
141
142   void init_magics(PieceType pt, Bitboard table[], Magic magics[]) {
143
144     // Optimal PRNG seeds to pick the correct magics in the shortest time
145     int seeds[][RANK_NB] = { { 8977, 44560, 54343, 38998,  5731, 95205, 104912, 17020 },
146                              {  728, 10316, 55013, 32803, 12281, 15100,  16645,   255 } };
147
148     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
149     int epoch[4096] = {}, cnt = 0, size = 0;
150
151     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
152     {
153         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
154         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
155
156         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
157         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
158         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
159         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
160         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
161         Magic& m = magics[s];
162         m.mask  = sliding_attack(pt, s, 0) & ~edges;
163         m.shift = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount(m.mask);
164
165         // Set the offset for the attacks table of the square. We have individual
166         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
167         m.attacks = s == SQ_A1 ? table : magics[s - 1].attacks + size;
168
169         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
170         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
171         b = size = 0;
172         do {
173             occupancy[size] = b;
174             reference[size] = sliding_attack(pt, s, b);
175
176             if (HasPext)
177                 m.attacks[pext(b, m.mask)] = reference[size];
178
179             size++;
180             b = (b - m.mask) & m.mask;
181         } while (b);
182
183         if (HasPext)
184             continue;
185
186         PRNG rng(seeds[Is64Bit][rank_of(s)]);
187
188         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
189         // until we find the one that passes the verification test.
190         for (int i = 0; i < size; )
191         {
192             for (m.magic = 0; popcount((m.magic * m.mask) >> 56) < 6; )
193                 m.magic = rng.sparse_rand<Bitboard>();
194
195             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
196             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
197             // Note that we build up the database for square 's' as a side
198             // effect of verifying the magic. Keep track of the attempt count
199             // and save it in epoch[], little speed-up trick to avoid resetting
200             // m.attacks[] after every failed attempt.
201             for (++cnt, i = 0; i < size; ++i)
202             {
203                 unsigned idx = m.index(occupancy[i]);
204
205                 if (epoch[idx] < cnt)
206                 {
207                     epoch[idx] = cnt;
208                     m.attacks[idx] = reference[i];
209                 }
210                 else if (m.attacks[idx] != reference[i])
211                     break;
212             }
213         }
214     }
215   }
216 }
217
218 } // namespace Stockfish