Unify some template specializations
[stockfish] / src / movegen.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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22
23 #include "movegen.h"
24 #include "position.h"
25
26 /// Simple macro to wrap a very common while loop, no facny, no flexibility,
27 /// hardcoded names 'mlist' and 'from'.
28 #define SERIALIZE(b) while (b) (*mlist++).move = make_move(from, pop_1st_bit(&b))
29
30 /// Version used for pawns, where the 'from' square is given as a delta from the 'to' square
31 #define SERIALIZE_PAWNS(b, d) while (b) { Square to = pop_1st_bit(&b); \
32                                          (*mlist++).move = make_move(to + (d), to); }
33 namespace {
34
35   enum CastlingSide { KING_SIDE, QUEEN_SIDE };
36
37   template<CastlingSide Side, bool OnlyChecks>
38   MoveStack* generate_castle_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us) {
39
40     const CastleRight CR[] = { Side ? WHITE_OOO : WHITE_OO,
41                                Side ? BLACK_OOO : BLACK_OO };
42
43     if (!pos.can_castle(CR[us]))
44         return mlist;
45
46     // After castling, the rook and king final positions are the same in Chess960
47     // as they would be in standard chess.
48     Square kfrom = pos.king_square(us);
49     Square rfrom = pos.castle_rook_square(CR[us]);
50     Square kto = relative_square(us, Side == KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
51     Square rto = relative_square(us, Side == KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
52     Bitboard enemies = pos.pieces(~us);
53
54     assert(!pos.in_check());
55     assert(pos.piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
56     assert(pos.piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
57
58     // Unimpeded rule: All the squares between the king's initial and final squares
59     // (including the final square), and all the squares between the rook's initial
60     // and final squares (including the final square), must be vacant except for
61     // the king and castling rook.
62     for (Square s = std::min(rfrom, rto), e = std::max(rfrom, rto); s <= e; s++)
63         if (s != kfrom && s != rfrom && !pos.square_is_empty(s))
64             return mlist;
65
66     for (Square s = std::min(kfrom, kto), e = std::max(kfrom, kto); s <= e; s++)
67         if (  (s != kfrom && s != rfrom && !pos.square_is_empty(s))
68             ||(pos.attackers_to(s) & enemies))
69             return mlist;
70
71     // Because we generate only legal castling moves we need to verify that
72     // when moving the castling rook we do not discover some hidden checker.
73     // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
74     if (pos.is_chess960())
75     {
76         Bitboard occ = pos.occupied_squares();
77         clear_bit(&occ, rfrom);
78         if (pos.attackers_to(kto, occ) & enemies)
79             return mlist;
80     }
81
82     (*mlist++).move = make_castle(kfrom, rfrom);
83
84     if (OnlyChecks && !pos.move_gives_check((mlist - 1)->move, CheckInfo(pos)))
85         mlist--;
86
87     return mlist;
88   }
89
90
91   template<Square Delta>
92   inline Bitboard move_pawns(Bitboard p) {
93
94     return Delta == DELTA_N  ? p << 8 : Delta == DELTA_S  ? p >> 8 :
95            Delta == DELTA_NE ? p << 9 : Delta == DELTA_SE ? p >> 7 :
96            Delta == DELTA_NW ? p << 7 : Delta == DELTA_SW ? p >> 9 : p;
97   }
98
99
100   template<Square Delta>
101   inline MoveStack* generate_pawn_captures(MoveStack* mlist, Bitboard pawns, Bitboard target) {
102
103     const Bitboard TFileABB = (   Delta == DELTA_NE
104                                || Delta == DELTA_SE ? FileABB : FileHBB);
105
106     Bitboard b = move_pawns<Delta>(pawns) & target & ~TFileABB;
107     SERIALIZE_PAWNS(b, -Delta);
108     return mlist;
109   }
110
111
112   template<MoveType Type, Square Delta>
113   inline MoveStack* generate_promotions(MoveStack* mlist, Bitboard pawnsOn7, Bitboard target, Square ksq) {
114
115     const Bitboard TFileABB = (   Delta == DELTA_NE
116                                || Delta == DELTA_SE ? FileABB : FileHBB);
117
118     Bitboard b = move_pawns<Delta>(pawnsOn7) & target;
119
120     if (Delta != DELTA_N && Delta != DELTA_S)
121         b &= ~TFileABB;
122
123     while (b)
124     {
125         Square to = pop_1st_bit(&b);
126
127         if (Type == MV_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
128             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, QUEEN);
129
130         if (Type == MV_NON_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
131         {
132             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, ROOK);
133             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, BISHOP);
134             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, KNIGHT);
135         }
136
137         // Knight-promotion is the only one that can give a check (direct or
138         // discovered) not already included in the queen-promotion.
139         if (Type == MV_NON_CAPTURE_CHECK && bit_is_set(StepAttacksBB[W_KNIGHT][to], ksq))
140             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, KNIGHT);
141         else
142             (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
143     }
144
145     return mlist;
146   }
147
148
149   template<Color Us, MoveType Type>
150   MoveStack* generate_pawn_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Bitboard target, Square ksq = SQ_NONE) {
151
152     // Calculate our parametrized parameters at compile time, named according to
153     // the point of view of white side.
154     const Color    Them     = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
155     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
156     const Bitboard TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB  : Rank6BB);
157     const Square   UP       = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
158     const Square   RIGHT    = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
159     const Square   LEFT     = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
160
161     Bitboard b1, b2, dc1, dc2, emptySquares;
162
163     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(PAWN, Us) &  TRank7BB;
164     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(PAWN, Us) & ~TRank7BB;
165
166     Bitboard enemies = (Type == MV_EVASION ? pos.pieces(Them) & target:
167                         Type == MV_CAPTURE ? target : pos.pieces(Them));
168
169     // Single and double pawn pushes, no promotions
170     if (Type != MV_CAPTURE)
171     {
172         emptySquares = (Type == MV_NON_CAPTURE ? target : pos.empty_squares());
173
174         b1 = move_pawns<UP>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
175         b2 = move_pawns<UP>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
176
177         if (Type == MV_EVASION) // Consider only blocking squares
178         {
179             b1 &= target;
180             b2 &= target;
181         }
182
183         if (Type == MV_NON_CAPTURE_CHECK)
184         {
185             // Consider only direct checks
186             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
187             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
188
189             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
190             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
191             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
192             // promotion has been already generated among captures.
193             if (pawnsNotOn7 & target) // Target is dc bitboard
194             {
195                 dc1 = move_pawns<UP>(pawnsNotOn7 & target) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
196                 dc2 = move_pawns<UP>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
197
198                 b1 |= dc1;
199                 b2 |= dc2;
200             }
201         }
202
203         SERIALIZE_PAWNS(b1, -UP);
204         SERIALIZE_PAWNS(b2, -UP -UP);
205     }
206
207     // Promotions and underpromotions
208     if (pawnsOn7)
209     {
210         if (Type == MV_CAPTURE)
211             emptySquares = pos.empty_squares();
212
213         if (Type == MV_EVASION)
214             emptySquares &= target;
215
216         mlist = generate_promotions<Type, RIGHT>(mlist, pawnsOn7, enemies, ksq);
217         mlist = generate_promotions<Type, LEFT>(mlist, pawnsOn7, enemies, ksq);
218         mlist = generate_promotions<Type, UP>(mlist, pawnsOn7, emptySquares, ksq);
219     }
220
221     // Standard and en-passant captures
222     if (Type == MV_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
223     {
224         mlist = generate_pawn_captures<RIGHT>(mlist, pawnsNotOn7, enemies);
225         mlist = generate_pawn_captures<LEFT >(mlist, pawnsNotOn7, enemies);
226
227         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
228         {
229             assert(rank_of(pos.ep_square()) == (Us == WHITE ? RANK_6 : RANK_3));
230
231             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
232             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
233             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
234             if (Type == MV_EVASION && !bit_is_set(target, pos.ep_square() - UP))
235                 return mlist;
236
237             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
238
239             assert(b1);
240
241             while (b1)
242                 (*mlist++).move = make_enpassant(pop_1st_bit(&b1), pos.ep_square());
243         }
244     }
245
246     return mlist;
247   }
248
249
250   template<PieceType Pt>
251   inline MoveStack* generate_direct_checks(const Position& pos, MoveStack* mlist,
252                                            Color us, const CheckInfo& ci) {
253     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
254
255     Square from;
256     const Square* pl = pos.piece_list(us, Pt);
257
258     if ((from = *pl++) == SQ_NONE)
259         return mlist;
260
261     Bitboard checkSqs = ci.checkSq[Pt] & pos.empty_squares();
262
263     do
264     {
265         if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
266             && !(PseudoAttacks[Pt][from] & checkSqs))
267             continue;
268
269         if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
270             continue;
271
272         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & checkSqs;
273         SERIALIZE(b);
274
275     } while ((from = *pl++) != SQ_NONE);
276
277     return mlist;
278   }
279
280
281   template<PieceType Pt>
282   FORCE_INLINE MoveStack* generate_piece_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us, Bitboard target) {
283
284     Bitboard b;
285     Square from;
286     const Square* pl = pos.piece_list(us, Pt);
287
288     if (*pl != SQ_NONE)
289     {
290         do {
291             from = *pl;
292             b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
293             SERIALIZE(b);
294         } while (*++pl != SQ_NONE);
295     }
296
297     return mlist;
298   }
299
300
301   template<>
302   FORCE_INLINE MoveStack* generate_piece_moves<KING>(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us, Bitboard target) {
303
304     Square from = pos.king_square(us);
305     Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(from) & target;
306     SERIALIZE(b);
307     return mlist;
308   }
309
310 } // namespace
311
312
313 /// generate<MV_CAPTURE> generates all pseudo-legal captures and queen
314 /// promotions. Returns a pointer to the end of the move list.
315 ///
316 /// generate<MV_NON_CAPTURE> generates all pseudo-legal non-captures and
317 /// underpromotions. Returns a pointer to the end of the move list.
318 ///
319 /// generate<MV_NON_EVASION> generates all pseudo-legal captures and
320 /// non-captures. Returns a pointer to the end of the move list.
321
322 template<MoveType Type>
323 MoveStack* generate(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
324
325   assert(Type == MV_CAPTURE || Type == MV_NON_CAPTURE || Type == MV_NON_EVASION);
326   assert(!pos.in_check());
327
328   Color us = pos.side_to_move();
329   Bitboard target;
330
331   if (Type == MV_CAPTURE)
332       target = pos.pieces(~us);
333
334   else if (Type == MV_NON_CAPTURE)
335       target = pos.empty_squares();
336
337   else if (Type == MV_NON_EVASION)
338       target = pos.pieces(~us) | pos.empty_squares();
339
340   mlist = (us == WHITE ? generate_pawn_moves<WHITE, Type>(pos, mlist, target)
341                        : generate_pawn_moves<BLACK, Type>(pos, mlist, target));
342
343   mlist = generate_piece_moves<KNIGHT>(pos, mlist, us, target);
344   mlist = generate_piece_moves<BISHOP>(pos, mlist, us, target);
345   mlist = generate_piece_moves<ROOK>(pos, mlist, us, target);
346   mlist = generate_piece_moves<QUEEN>(pos, mlist, us, target);
347   mlist = generate_piece_moves<KING>(pos, mlist, us, target);
348
349   if (Type != MV_CAPTURE && pos.can_castle(us))
350   {
351       mlist = generate_castle_moves<KING_SIDE, false>(pos, mlist, us);
352       mlist = generate_castle_moves<QUEEN_SIDE, false>(pos, mlist, us);
353   }
354
355   return mlist;
356 }
357
358 // Explicit template instantiations
359 template MoveStack* generate<MV_CAPTURE>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
360 template MoveStack* generate<MV_NON_CAPTURE>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
361 template MoveStack* generate<MV_NON_EVASION>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
362
363
364 /// generate<MV_NON_CAPTURE_CHECK> generates all pseudo-legal non-captures and knight
365 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
366 template<>
367 MoveStack* generate<MV_NON_CAPTURE_CHECK>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
368
369   assert(!pos.in_check());
370
371   Color us = pos.side_to_move();
372   CheckInfo ci(pos);
373   Bitboard dc = ci.dcCandidates;
374
375   while (dc)
376   {
377      Square from = pop_1st_bit(&dc);
378      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
379
380      if (pt == PAWN)
381          continue; // Will be generated togheter with direct checks
382
383      Bitboard b = pos.attacks_from(Piece(pt), from) & pos.empty_squares();
384
385      if (pt == KING)
386          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][ci.ksq];
387
388      SERIALIZE(b);
389   }
390
391   mlist = (us == WHITE ? generate_pawn_moves<WHITE, MV_NON_CAPTURE_CHECK>(pos, mlist, ci.dcCandidates, ci.ksq)
392                        : generate_pawn_moves<BLACK, MV_NON_CAPTURE_CHECK>(pos, mlist, ci.dcCandidates, ci.ksq));
393
394   mlist = generate_direct_checks<KNIGHT>(pos, mlist, us, ci);
395   mlist = generate_direct_checks<BISHOP>(pos, mlist, us, ci);
396   mlist = generate_direct_checks<ROOK>(pos, mlist, us, ci);
397   mlist = generate_direct_checks<QUEEN>(pos, mlist, us, ci);
398
399   if (pos.can_castle(us))
400   {
401       mlist = generate_castle_moves<KING_SIDE, true>(pos, mlist, us);
402       mlist = generate_castle_moves<QUEEN_SIDE, true>(pos, mlist, us);
403   }
404
405   return mlist;
406 }
407
408
409 /// generate<MV_EVASION> generates all pseudo-legal check evasions when the side
410 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
411 template<>
412 MoveStack* generate<MV_EVASION>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
413
414   assert(pos.in_check());
415
416   Bitboard b, target;
417   Square from, checksq;
418   int checkersCnt = 0;
419   Color us = pos.side_to_move();
420   Square ksq = pos.king_square(us);
421   Bitboard sliderAttacks = 0;
422   Bitboard checkers = pos.checkers();
423
424   assert(checkers);
425
426   // Find squares attacked by slider checkers, we will remove them from the king
427   // evasions so to skip known illegal moves avoiding useless legality check later.
428   b = checkers;
429   do
430   {
431       checkersCnt++;
432       checksq = pop_1st_bit(&b);
433
434       assert(color_of(pos.piece_on(checksq)) == ~us);
435
436       switch (type_of(pos.piece_on(checksq)))
437       {
438       case BISHOP: sliderAttacks |= PseudoAttacks[BISHOP][checksq]; break;
439       case ROOK:   sliderAttacks |= PseudoAttacks[ROOK][checksq];   break;
440       case QUEEN:
441           // If queen and king are far or not on a diagonal line we can safely
442           // remove all the squares attacked in the other direction becuase are
443           // not reachable by the king anyway.
444           if (squares_between(ksq, checksq) || !bit_is_set(PseudoAttacks[BISHOP][checksq], ksq))
445               sliderAttacks |= PseudoAttacks[QUEEN][checksq];
446
447           // Otherwise we need to use real rook attacks to check if king is safe
448           // to move in the other direction. For example: king in B2, queen in A1
449           // a knight in B1, and we can safely move to C1.
450           else
451               sliderAttacks |= PseudoAttacks[BISHOP][checksq] | pos.attacks_from<ROOK>(checksq);
452
453       default:
454           break;
455       }
456   } while (b);
457
458   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
459   b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
460   from = ksq;
461   SERIALIZE(b);
462
463   // Generate evasions for other pieces only if not under a double check
464   if (checkersCnt > 1)
465       return mlist;
466
467   // Blocking evasions or captures of the checking piece
468   target = squares_between(checksq, ksq) | checkers;
469
470   mlist = (us == WHITE ? generate_pawn_moves<WHITE, MV_EVASION>(pos, mlist, target)
471                        : generate_pawn_moves<BLACK, MV_EVASION>(pos, mlist, target));
472
473   mlist = generate_piece_moves<KNIGHT>(pos, mlist, us, target);
474   mlist = generate_piece_moves<BISHOP>(pos, mlist, us, target);
475   mlist = generate_piece_moves<ROOK>(pos, mlist, us, target);
476   return  generate_piece_moves<QUEEN>(pos, mlist, us, target);
477 }
478
479
480 /// generate<MV_LEGAL> generates all the legal moves in the given position
481
482 template<>
483 MoveStack* generate<MV_LEGAL>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
484
485   MoveStack *last, *cur = mlist;
486   Bitboard pinned = pos.pinned_pieces();
487
488   last = pos.in_check() ? generate<MV_EVASION>(pos, mlist)
489                         : generate<MV_NON_EVASION>(pos, mlist);
490   while (cur != last)
491       if (!pos.pl_move_is_legal(cur->move, pinned))
492           cur->move = (--last)->move;
493       else
494           cur++;
495
496   return last;
497 }