Use Bitboard over Square in movegen
[stockfish] / src / movegen.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2021 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 <cassert>
20
21 #include "movegen.h"
22 #include "position.h"
23
24 namespace Stockfish {
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     {
33         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
34         if (attacks_bb<KNIGHT>(to) & ksq)
35             *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
36     }
37
38     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
39     {
40         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
41         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
42         if (!(attacks_bb<KNIGHT>(to) & ksq))
43             *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
44     }
45
46     return moveList;
47   }
48
49
50   template<Color Us, GenType Type>
51   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
52
53     constexpr Color     Them     = ~Us;
54     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
55     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
56     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
57     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
58     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
59
60     const Square ksq = pos.square<KING>(Them);
61     Bitboard emptySquares;
62
63     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
64     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
65
66     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
67                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
68
69     // Single and double pawn pushes, no promotions
70     if (Type != CAPTURES)
71     {
72         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
73
74         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
75         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
76
77         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
78         {
79             b1 &= target;
80             b2 &= target;
81         }
82
83         if (Type == QUIET_CHECKS)
84         {
85             b1 &= pawn_attacks_bb(Them, ksq);
86             b2 &= pawn_attacks_bb(Them, ksq);
87
88             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
89             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
90             // don't generate captures. Note that a possible discovered check
91             // promotion has been already generated amongst the captures.
92             Bitboard dcCandidateQuiets = pos.blockers_for_king(Them) & pawnsNotOn7;
93             if (dcCandidateQuiets)
94             {
95                 Bitboard dc1 = shift<Up>(dcCandidateQuiets) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
96                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
97
98                 b1 |= dc1;
99                 b2 |= dc2;
100             }
101         }
102
103         while (b1)
104         {
105             Square to = pop_lsb(&b1);
106             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
107         }
108
109         while (b2)
110         {
111             Square to = pop_lsb(&b2);
112             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
113         }
114     }
115
116     // Promotions and underpromotions
117     if (pawnsOn7)
118     {
119         if (Type == CAPTURES)
120             emptySquares = ~pos.pieces();
121
122         if (Type == EVASIONS)
123             emptySquares &= target;
124
125         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
126         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
127         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
128
129         while (b1)
130             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
131
132         while (b2)
133             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
134
135         while (b3)
136             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
137     }
138
139     // Standard and en passant captures
140     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
141     {
142         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
143         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
144
145         while (b1)
146         {
147             Square to = pop_lsb(&b1);
148             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
149         }
150
151         while (b2)
152         {
153             Square to = pop_lsb(&b2);
154             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
155         }
156
157         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
158         {
159             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
160
161             // An en passant capture cannot resolve a discovered check.
162             if (Type == EVASIONS && (target & (pos.ep_square() + Up)))
163                 return moveList;
164
165             b1 = pawnsNotOn7 & pawn_attacks_bb(Them, pos.ep_square());
166
167             assert(b1);
168
169             while (b1)
170                 *moveList++ = make<EN_PASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
171         }
172     }
173
174     return moveList;
175   }
176
177
178   template<PieceType Pt, bool Checks>
179   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard piecesToMove, Bitboard target) {
180
181     static_assert(Pt != KING && Pt != PAWN, "Unsupported piece type in generate_moves()");
182
183     Bitboard bb = piecesToMove & pos.pieces(Pt);
184
185     if (!bb)
186         return moveList;
187
188     [[maybe_unused]] const Bitboard checkSquares = pos.check_squares(Pt);
189
190     while (bb) {
191         Square from = pop_lsb(&bb);
192
193         Bitboard b = attacks_bb<Pt>(from, pos.pieces()) & target;
194         if constexpr (Checks)
195             b &= checkSquares;
196
197         while (b)
198             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
199     }
200
201     return moveList;
202   }
203
204
205   template<Color Us, GenType Type>
206   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
207
208     static_assert(Type != LEGAL, "Unsupported type in generate_all()");
209
210     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS; // Reduce template instantiations
211     Bitboard target, piecesToMove = pos.pieces(Us);
212
213     if(Type == QUIET_CHECKS)
214         piecesToMove &= ~pos.blockers_for_king(~Us);
215
216     switch (Type)
217     {
218         case CAPTURES:
219             target =  pos.pieces(~Us);
220             break;
221         case QUIETS:
222         case QUIET_CHECKS:
223             target = ~pos.pieces();
224             break;
225         case EVASIONS:
226             target = between_bb(pos.square<KING>(Us), lsb(pos.checkers())) | pos.checkers();
227             break;
228         case NON_EVASIONS:
229             target = ~pos.pieces(Us);
230             break;
231     }
232
233     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
234     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
235     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
236     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
237     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
238
239     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
240     {
241         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
242         Bitboard b = attacks_bb<KING>(ksq) & target;
243         while (b)
244             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
245
246         if ((Type != CAPTURES) && pos.can_castle(Us & ANY_CASTLING))
247             for (CastlingRights cr : { Us & KING_SIDE, Us & QUEEN_SIDE } )
248                 if (!pos.castling_impeded(cr) && pos.can_castle(cr))
249                     *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(cr));
250     }
251
252     return moveList;
253   }
254
255 } // namespace
256
257
258 /// <CAPTURES>     Generates all pseudo-legal captures plus queen and checking knight promotions
259 /// <QUIETS>       Generates all pseudo-legal non-captures and underpromotions (except checking knight)
260 /// <NON_EVASIONS> Generates all pseudo-legal captures and non-captures
261 ///
262 /// Returns a pointer to the end of the move list.
263
264 template<GenType Type>
265 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
266
267   static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS, "Unsupported type in generate()");
268   assert(!pos.checkers());
269
270   Color us = pos.side_to_move();
271
272   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList)
273                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList);
274 }
275
276 // Explicit template instantiations
277 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
278 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
279 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
280
281
282 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures giving check,
283 /// except castling. Returns a pointer to the end of the move list.
284 template<>
285 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
286
287   assert(!pos.checkers());
288
289   Color us = pos.side_to_move();
290   Bitboard dc = pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us) & ~pos.pieces(PAWN);
291
292   while (dc)
293   {
294      Square from = pop_lsb(&dc);
295      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
296
297      Bitboard b = attacks_bb(pt, from, pos.pieces()) & ~pos.pieces();
298
299      if (pt == KING)
300          b &= ~attacks_bb<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)
307                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList);
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       sliderAttacks |= line_bb(ksq, pop_lsb(&sliders)) & ~pos.checkers();
328
329   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
330   Bitboard b = attacks_bb<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
331   while (b)
332       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
333
334   if (more_than_one(pos.checkers()))
335       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
336
337   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
338   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList)
339                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList);
340 }
341
342
343 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
344
345 template<>
346 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
347
348   Color us = pos.side_to_move();
349   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
350   Square ksq = pos.square<KING>(us);
351   ExtMove* cur = moveList;
352
353   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
354                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
355   while (cur != moveList)
356       if (  ((pinned && pinned & from_sq(*cur)) || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == EN_PASSANT)
357           && !pos.legal(*cur))
358           *cur = (--moveList)->move;
359       else
360           ++cur;
361
362   return moveList;
363 }
364
365 } // namespace Stockfish