Improve move order near the root
[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) 2015-2020 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<GenType Type, Direction D>
29   ExtMove* make_promotions(ExtMove* moveList, Square to, Square ksq) {
30
31     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
32         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
33
34     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
35     {
36         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
37         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
38         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
39     }
40
41     // Knight promotion is the only promotion that can give a direct check
42     // that's not already included in the queen promotion.
43     if (Type == QUIET_CHECKS && (PseudoAttacks[KNIGHT][to] & ksq))
44         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
45     else
46         (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
47
48     return moveList;
49   }
50
51
52   template<Color Us, GenType Type>
53   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
54
55     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
56     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
57     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
58     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
59     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
60     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
61
62     const Square ksq = pos.square<KING>(Them);
63     Bitboard emptySquares;
64
65     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
66     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
67
68     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
69                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
70
71     // Single and double pawn pushes, no promotions
72     if (Type != CAPTURES)
73     {
74         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
75
76         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
77         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
78
79         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
80         {
81             b1 &= target;
82             b2 &= target;
83         }
84
85         if (Type == QUIET_CHECKS)
86         {
87             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
88             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
89
90             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
91             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
92             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
93             // promotion has been already generated amongst the captures.
94             Bitboard dcCandidateQuiets = pos.blockers_for_king(Them) & pawnsNotOn7;
95             if (dcCandidateQuiets)
96             {
97                 Bitboard dc1 = shift<Up>(dcCandidateQuiets) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
98                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
99
100                 b1 |= dc1;
101                 b2 |= dc2;
102             }
103         }
104
105         while (b1)
106         {
107             Square to = pop_lsb(&b1);
108             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
109         }
110
111         while (b2)
112         {
113             Square to = pop_lsb(&b2);
114             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
115         }
116     }
117
118     // Promotions and underpromotions
119     if (pawnsOn7)
120     {
121         if (Type == CAPTURES)
122             emptySquares = ~pos.pieces();
123
124         if (Type == EVASIONS)
125             emptySquares &= target;
126
127         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
128         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
129         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
130
131         while (b1)
132             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
133
134         while (b2)
135             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
136
137         while (b3)
138             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
139     }
140
141     // Standard and en-passant captures
142     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
143     {
144         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
145         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
146
147         while (b1)
148         {
149             Square to = pop_lsb(&b1);
150             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
151         }
152
153         while (b2)
154         {
155             Square to = pop_lsb(&b2);
156             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
157         }
158
159         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
160         {
161             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
162
163             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
164             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
165             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
166             if (Type == EVASIONS && !(target & (pos.ep_square() - Up)))
167                 return moveList;
168
169             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
170
171             assert(b1);
172
173             while (b1)
174                 *moveList++ = make<ENPASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
175         }
176     }
177
178     return moveList;
179   }
180
181
182   template<PieceType Pt, bool Checks>
183   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Color us,
184                           Bitboard target) {
185
186     static_assert(Pt != KING && Pt != PAWN, "Unsupported piece type in generate_moves()");
187
188     const Square* pl = pos.squares<Pt>(us);
189
190     for (Square from = *pl; from != SQ_NONE; from = *++pl)
191     {
192         if (Checks)
193         {
194             if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
195                 && !(PseudoAttacks[Pt][from] & target & pos.check_squares(Pt)))
196                 continue;
197
198             if (pos.blockers_for_king(~us) & from)
199                 continue;
200         }
201
202         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
203
204         if (Checks)
205             b &= pos.check_squares(Pt);
206
207         while (b)
208             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
209     }
210
211     return moveList;
212   }
213
214
215   template<Color Us, GenType Type>
216   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
217
218     constexpr CastlingRights OO  = Us & KING_SIDE;
219     constexpr CastlingRights OOO = Us & QUEEN_SIDE;
220     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS; // Reduce template instantations
221
222     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
223     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, Us, target);
224     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, Us, target);
225     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, Us, target);
226     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, Us, target);
227
228     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
229     {
230         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
231         Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & target;
232         while (b)
233             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
234
235         if (Type != CAPTURES && pos.can_castle(CastlingRights(OO | OOO)))
236         {
237             if (!pos.castling_impeded(OO) && pos.can_castle(OO))
238                 *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(OO));
239
240             if (!pos.castling_impeded(OOO) && pos.can_castle(OOO))
241                 *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(OOO));
242         }
243     }
244
245     return moveList;
246   }
247
248 } // namespace
249
250
251 /// <CAPTURES>     Generates all pseudo-legal captures and queen promotions
252 /// <QUIETS>       Generates all pseudo-legal non-captures and underpromotions
253 /// <NON_EVASIONS> Generates all pseudo-legal captures and non-captures
254 ///
255 /// Returns a pointer to the end of the move list.
256
257 template<GenType Type>
258 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
259
260   static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS, "Unsupported type in generate()");
261   assert(!pos.checkers());
262
263   Color us = pos.side_to_move();
264
265   Bitboard target =  Type == CAPTURES     ?  pos.pieces(~us)
266                    : Type == QUIETS       ? ~pos.pieces()
267                    : Type == NON_EVASIONS ? ~pos.pieces(us) : 0;
268
269   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList, target)
270                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList, target);
271 }
272
273 // Explicit template instantiations
274 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
275 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
276 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
277
278
279 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures and knight
280 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
281 template<>
282 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
283
284   assert(!pos.checkers());
285
286   Color us = pos.side_to_move();
287   Bitboard dc = pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us);
288
289   while (dc)
290   {
291      Square from = pop_lsb(&dc);
292      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
293
294      if (pt == PAWN)
295          continue; // Will be generated together with direct checks
296
297      Bitboard b = pos.attacks_from(pt, from) & ~pos.pieces();
298
299      if (pt == KING)
300          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][pos.square<KING>(~us)];
301
302      while (b)
303          *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
304   }
305
306   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces())
307                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces());
308 }
309
310
311 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
312 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
313 template<>
314 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
315
316   assert(pos.checkers());
317
318   Color us = pos.side_to_move();
319   Square ksq = pos.square<KING>(us);
320   Bitboard sliderAttacks = 0;
321   Bitboard sliders = pos.checkers() & ~pos.pieces(KNIGHT, PAWN);
322
323   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
324   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
325   // useless legality checks later on.
326   while (sliders)
327   {
328       Square checksq = pop_lsb(&sliders);
329       sliderAttacks |= LineBB[checksq][ksq] ^ checksq;
330   }
331
332   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
333   Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
334   while (b)
335       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
336
337   if (more_than_one(pos.checkers()))
338       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
339
340   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
341   Square checksq = lsb(pos.checkers());
342   Bitboard target = between_bb(checksq, ksq) | checksq;
343
344   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList, target)
345                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList, target);
346 }
347
348
349 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
350
351 template<>
352 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
353
354   Color us = pos.side_to_move();
355   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
356   Square ksq = pos.square<KING>(us);
357   ExtMove* cur = moveList;
358
359   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
360                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
361   while (cur != moveList)
362       if (   (pinned || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == ENPASSANT)
363           && !pos.legal(*cur))
364           *cur = (--moveList)->move;
365       else
366           ++cur;
367
368   return moveList;
369 }