76a27d9f4936320165c0378f2b59225038b0abbe
[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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 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 <cassert>
22
23 #include "movegen.h"
24 #include "position.h"
25
26 namespace {
27
28   template<Color Us, CastlingSide Cs, bool Checks, bool Chess960>
29   ExtMove* generate_castling(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
30
31     constexpr CastlingRight Cr = Us | Cs;
32     constexpr bool KingSide = (Cs == KING_SIDE);
33
34     if (pos.castling_impeded(Cr) || !pos.can_castle(Cr))
35         return moveList;
36
37     // After castling, the rook and king final positions are the same in Chess960
38     // as they would be in standard chess.
39     Square kfrom = pos.square<KING>(Us);
40     Square rfrom = pos.castling_rook_square(Cr);
41     Square kto = relative_square(Us, KingSide ? SQ_G1 : SQ_C1);
42     Bitboard enemies = pos.pieces(~Us);
43
44     assert(!pos.checkers());
45
46     const Direction step = Chess960 ? kto > kfrom ? WEST : EAST
47                                     : KingSide    ? WEST : EAST;
48
49     for (Square s = kto; s != kfrom; s += step)
50         if (pos.attackers_to(s) & enemies)
51             return moveList;
52
53     // Because we generate only legal castling moves we need to verify that
54     // when moving the castling rook we do not discover some hidden checker.
55     // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
56     if (Chess960 && (attacks_bb<ROOK>(kto, pos.pieces() ^ rfrom) & pos.pieces(~Us, ROOK, QUEEN)))
57         return moveList;
58
59     Move m = make<CASTLING>(kfrom, rfrom);
60
61     if (Checks && !pos.gives_check(m))
62         return moveList;
63
64     *moveList++ = m;
65     return moveList;
66   }
67
68
69   template<GenType Type, Direction D>
70   ExtMove* make_promotions(ExtMove* moveList, Square to, Square ksq) {
71
72     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
73         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
74
75     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
76     {
77         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
78         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
79         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
80     }
81
82     // Knight promotion is the only promotion that can give a direct check
83     // that's not already included in the queen promotion.
84     if (Type == QUIET_CHECKS && (PseudoAttacks[KNIGHT][to] & ksq))
85         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
86     else
87         (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
88
89     return moveList;
90   }
91
92
93   template<Color Us, GenType Type>
94   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
95
96     // Compute our parametrized parameters at compile time, named according to
97     // the point of view of white side.
98     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
99     constexpr Bitboard  TRank8BB = (Us == WHITE ? Rank8BB    : Rank1BB);
100     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
101     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
102     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
103     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
104     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
105
106     Bitboard emptySquares;
107
108     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
109     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
110
111     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
112                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
113
114     // Single and double pawn pushes, no promotions
115     if (Type != CAPTURES)
116     {
117         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
118
119         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
120         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
121
122         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
123         {
124             b1 &= target;
125             b2 &= target;
126         }
127
128         if (Type == QUIET_CHECKS)
129         {
130             Square ksq = pos.square<KING>(Them);
131
132             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
133             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
134
135             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
136             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
137             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
138             // promotion has been already generated amongst the captures.
139             Bitboard dcCandidates = pos.blockers_for_king(Them);
140             if (pawnsNotOn7 & dcCandidates)
141             {
142                 Bitboard dc1 = shift<Up>(pawnsNotOn7 & dcCandidates) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
143                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
144
145                 b1 |= dc1;
146                 b2 |= dc2;
147             }
148         }
149
150         while (b1)
151         {
152             Square to = pop_lsb(&b1);
153             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
154         }
155
156         while (b2)
157         {
158             Square to = pop_lsb(&b2);
159             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
160         }
161     }
162
163     // Promotions and underpromotions
164     if (pawnsOn7 && (Type != EVASIONS || (target & TRank8BB)))
165     {
166         if (Type == CAPTURES)
167             emptySquares = ~pos.pieces();
168
169         if (Type == EVASIONS)
170             emptySquares &= target;
171
172         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
173         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
174         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
175
176         Square ksq = pos.square<KING>(Them);
177
178         while (b1)
179             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
180
181         while (b2)
182             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
183
184         while (b3)
185             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
186     }
187
188     // Standard and en-passant captures
189     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
190     {
191         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
192         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
193
194         while (b1)
195         {
196             Square to = pop_lsb(&b1);
197             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
198         }
199
200         while (b2)
201         {
202             Square to = pop_lsb(&b2);
203             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
204         }
205
206         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
207         {
208             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
209
210             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
211             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
212             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
213             if (Type == EVASIONS && !(target & (pos.ep_square() - Up)))
214                 return moveList;
215
216             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
217
218             assert(b1);
219
220             while (b1)
221                 *moveList++ = make<ENPASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
222         }
223     }
224
225     return moveList;
226   }
227
228
229   template<PieceType Pt, bool Checks>
230   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Color us,
231                           Bitboard target) {
232
233     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
234
235     const Square* pl = pos.squares<Pt>(us);
236
237     for (Square from = *pl; from != SQ_NONE; from = *++pl)
238     {
239         if (Checks)
240         {
241             if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
242                 && !(PseudoAttacks[Pt][from] & target & pos.check_squares(Pt)))
243                 continue;
244
245             if (pos.blockers_for_king(~us) & from)
246                 continue;
247         }
248
249         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
250
251         if (Checks)
252             b &= pos.check_squares(Pt);
253
254         while (b)
255             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
256     }
257
258     return moveList;
259   }
260
261
262   template<Color Us, GenType Type>
263   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
264
265     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS;
266
267     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
268     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, Us, target);
269     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, Us, target);
270     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, Us, target);
271     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, Us, target);
272
273     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
274     {
275         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
276         Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & target;
277         while (b)
278             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
279     }
280
281     if (Type != CAPTURES && Type != EVASIONS && pos.castling_rights(Us))
282     {
283         if (pos.is_chess960())
284         {
285             moveList = generate_castling<Us, KING_SIDE, Checks, true>(pos, moveList);
286             moveList = generate_castling<Us, QUEEN_SIDE, Checks, true>(pos, moveList);
287         }
288         else
289         {
290             moveList = generate_castling<Us, KING_SIDE, Checks, false>(pos, moveList);
291             moveList = generate_castling<Us, QUEEN_SIDE, Checks, false>(pos, moveList);
292         }
293     }
294
295     return moveList;
296   }
297
298 } // namespace
299
300
301 /// generate<CAPTURES> generates all pseudo-legal captures and queen
302 /// promotions. Returns a pointer to the end of the move list.
303 ///
304 /// generate<QUIETS> generates all pseudo-legal non-captures and
305 /// underpromotions. Returns a pointer to the end of the move list.
306 ///
307 /// generate<NON_EVASIONS> generates all pseudo-legal captures and
308 /// non-captures. Returns a pointer to the end of the move list.
309
310 template<GenType Type>
311 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
312
313   assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS);
314   assert(!pos.checkers());
315
316   Color us = pos.side_to_move();
317
318   Bitboard target =  Type == CAPTURES     ?  pos.pieces(~us)
319                    : Type == QUIETS       ? ~pos.pieces()
320                    : Type == NON_EVASIONS ? ~pos.pieces(us) : 0;
321
322   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList, target)
323                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList, target);
324 }
325
326 // Explicit template instantiations
327 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
328 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
329 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
330
331
332 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures and knight
333 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
334 template<>
335 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
336
337   assert(!pos.checkers());
338
339   Color us = pos.side_to_move();
340   Bitboard dc = pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us);
341
342   while (dc)
343   {
344      Square from = pop_lsb(&dc);
345      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
346
347      if (pt == PAWN)
348          continue; // Will be generated together with direct checks
349
350      Bitboard b = pos.attacks_from(pt, from) & ~pos.pieces();
351
352      if (pt == KING)
353          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][pos.square<KING>(~us)];
354
355      while (b)
356          *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
357   }
358
359   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces())
360                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces());
361 }
362
363
364 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
365 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
366 template<>
367 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
368
369   assert(pos.checkers());
370
371   Color us = pos.side_to_move();
372   Square ksq = pos.square<KING>(us);
373   Bitboard sliderAttacks = 0;
374   Bitboard sliders = pos.checkers() & ~pos.pieces(KNIGHT, PAWN);
375
376   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
377   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
378   // useless legality checks later on.
379   while (sliders)
380   {
381       Square checksq = pop_lsb(&sliders);
382       sliderAttacks |= LineBB[checksq][ksq] ^ checksq;
383   }
384
385   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
386   Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
387   while (b)
388       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
389
390   if (more_than_one(pos.checkers()))
391       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
392
393   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
394   Square checksq = lsb(pos.checkers());
395   Bitboard target = between_bb(checksq, ksq) | checksq;
396
397   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList, target)
398                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList, target);
399 }
400
401
402 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
403
404 template<>
405 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
406
407   Color us = pos.side_to_move();
408   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
409   Square ksq = pos.square<KING>(us);
410   ExtMove* cur = moveList;
411
412   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
413                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
414   while (cur != moveList)
415       if (   (pinned || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == ENPASSANT)
416           && !pos.legal(*cur))
417           *cur = (--moveList)->move;
418       else
419           ++cur;
420
421   return moveList;
422 }