Speed Up Perft Search
[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 {
25
26   template<GenType Type, Direction D>
27   ExtMove* make_promotions(ExtMove* moveList, Square to, Square ksq) {
28
29     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
30     {
31         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
32         if (attacks_bb<KNIGHT>(to) & ksq)
33             *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
34     }
35
36     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
37     {
38         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
39         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
40         if (!(attacks_bb<KNIGHT>(to) & ksq))
41             *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
42     }
43
44     return moveList;
45   }
46
47
48   template<Color Us, GenType Type>
49   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
50
51     constexpr Color     Them     = ~Us;
52     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
53     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
54     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
55     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
56     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
57
58     const Square ksq = pos.square<KING>(Them);
59     Bitboard emptySquares;
60
61     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
62     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
63
64     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
65                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
66
67     // Single and double pawn pushes, no promotions
68     if (Type != CAPTURES)
69     {
70         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
71
72         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
73         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
74
75         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
76         {
77             b1 &= target;
78             b2 &= target;
79         }
80
81         if (Type == QUIET_CHECKS)
82         {
83             b1 &= pawn_attacks_bb(Them, ksq);
84             b2 &= pawn_attacks_bb(Them, ksq);
85
86             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
87             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
88             // don't generate captures. Note that a possible discovered check
89             // promotion has been already generated amongst the captures.
90             Bitboard dcCandidateQuiets = pos.blockers_for_king(Them) & pawnsNotOn7;
91             if (dcCandidateQuiets)
92             {
93                 Bitboard dc1 = shift<Up>(dcCandidateQuiets) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
94                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
95
96                 b1 |= dc1;
97                 b2 |= dc2;
98             }
99         }
100
101         while (b1)
102         {
103             Square to = pop_lsb(&b1);
104             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
105         }
106
107         while (b2)
108         {
109             Square to = pop_lsb(&b2);
110             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
111         }
112     }
113
114     // Promotions and underpromotions
115     if (pawnsOn7)
116     {
117         if (Type == CAPTURES)
118             emptySquares = ~pos.pieces();
119
120         if (Type == EVASIONS)
121             emptySquares &= target;
122
123         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
124         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
125         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
126
127         while (b1)
128             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
129
130         while (b2)
131             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
132
133         while (b3)
134             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
135     }
136
137     // Standard and en passant captures
138     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
139     {
140         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
141         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
142
143         while (b1)
144         {
145             Square to = pop_lsb(&b1);
146             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
147         }
148
149         while (b2)
150         {
151             Square to = pop_lsb(&b2);
152             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
153         }
154
155         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
156         {
157             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
158
159             // An en passant capture cannot resolve a discovered check.
160             if (Type == EVASIONS && (target & (pos.ep_square() + Up)))
161                 return moveList;
162
163             b1 = pawnsNotOn7 & pawn_attacks_bb(Them, pos.ep_square());
164
165             assert(b1);
166
167             while (b1)
168                 *moveList++ = make<EN_PASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
169         }
170     }
171
172     return moveList;
173   }
174
175
176   template<PieceType Pt, bool Checks>
177   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard piecesToMove, Bitboard target) {
178
179     static_assert(Pt != KING && Pt != PAWN, "Unsupported piece type in generate_moves()");
180
181     Bitboard bb = piecesToMove & pos.pieces(Pt);
182
183     if (!bb)
184         return moveList;
185
186     [[maybe_unused]] const Bitboard checkSquares = pos.check_squares(Pt);
187
188     while (bb) {
189         Square from = pop_lsb(&bb);
190
191         Bitboard b = attacks_bb<Pt>(from, pos.pieces()) & target;
192         if constexpr (Checks)
193             b &= checkSquares;
194
195         while (b)
196             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
197     }
198
199     return moveList;
200   }
201
202
203   template<Color Us, GenType Type>
204   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
205
206     static_assert(Type != LEGAL, "Unsupported type in generate_all()");
207
208     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS; // Reduce template instantiations
209     Bitboard target, piecesToMove = pos.pieces(Us);
210
211     if(Type == QUIET_CHECKS)
212         piecesToMove &= ~pos.blockers_for_king(~Us);
213
214     switch (Type)
215     {
216         case CAPTURES:
217             target =  pos.pieces(~Us);
218             break;
219         case QUIETS:
220         case QUIET_CHECKS:
221             target = ~pos.pieces();
222             break;
223         case EVASIONS:
224         {
225             Square checksq = lsb(pos.checkers());
226             target = between_bb(pos.square<KING>(Us), checksq) | checksq;
227             break;
228         }
229         case NON_EVASIONS:
230             target = ~pos.pieces(Us);
231             break;
232     }
233
234     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
235     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
236     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
237     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
238     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, piecesToMove, target);
239
240     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
241     {
242         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
243         Bitboard b = attacks_bb<KING>(ksq) & target;
244         while (b)
245             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
246
247         if ((Type != CAPTURES) && pos.can_castle(Us & ANY_CASTLING))
248             for (CastlingRights cr : { Us & KING_SIDE, Us & QUEEN_SIDE } )
249                 if (!pos.castling_impeded(cr) && pos.can_castle(cr))
250                     *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(cr));
251     }
252
253     return moveList;
254   }
255
256 } // namespace
257
258
259 /// <CAPTURES>     Generates all pseudo-legal captures plus queen and checking knight promotions
260 /// <QUIETS>       Generates all pseudo-legal non-captures and underpromotions (except checking knight)
261 /// <NON_EVASIONS> Generates all pseudo-legal captures and non-captures
262 ///
263 /// Returns a pointer to the end of the move list.
264
265 template<GenType Type>
266 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
267
268   static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS, "Unsupported type in generate()");
269   assert(!pos.checkers());
270
271   Color us = pos.side_to_move();
272
273   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList)
274                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList);
275 }
276
277 // Explicit template instantiations
278 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
279 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
280 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
281
282
283 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures giving check,
284 /// except castling. Returns a pointer to the end of the move list.
285 template<>
286 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
287
288   assert(!pos.checkers());
289
290   Color us = pos.side_to_move();
291   Bitboard dc = pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us) & ~pos.pieces(PAWN);
292
293   while (dc)
294   {
295      Square from = pop_lsb(&dc);
296      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
297
298      Bitboard b = attacks_bb(pt, from, pos.pieces()) & ~pos.pieces();
299
300      if (pt == KING)
301          b &= ~attacks_bb<QUEEN>(pos.square<KING>(~us));
302
303      while (b)
304          *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
305   }
306
307   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, moveList)
308                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList);
309 }
310
311
312 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
313 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
314 template<>
315 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
316
317   assert(pos.checkers());
318
319   Color us = pos.side_to_move();
320   Square ksq = pos.square<KING>(us);
321   Bitboard sliderAttacks = 0;
322   Bitboard sliders = pos.checkers() & ~pos.pieces(KNIGHT, PAWN);
323
324   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
325   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
326   // useless legality checks later on.
327   while (sliders)
328       sliderAttacks |= line_bb(ksq, pop_lsb(&sliders)) & ~pos.checkers();
329
330   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
331   Bitboard b = attacks_bb<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
332   while (b)
333       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
334
335   if (more_than_one(pos.checkers()))
336       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
337
338   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
339   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList)
340                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList);
341 }
342
343
344 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
345
346 template<>
347 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
348
349   Color us = pos.side_to_move();
350   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
351   Square ksq = pos.square<KING>(us);
352   ExtMove* cur = moveList;
353
354   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
355                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
356   while (cur != moveList)
357       if (  ((pinned && pinned & from_sq(*cur)) || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == EN_PASSANT)
358           && !pos.legal(*cur))
359           *cur = (--moveList)->move;
360       else
361           ++cur;
362
363   return moveList;
364 }