git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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 <cassert>
  21 #include <algorithm>
  22
  23 #include "bitcount.h"
  24 #include "movegen.h"
  25 #include "position.h"
  26 #include "misc.h"
  27
  28 // Simple macro to wrap a very common while loop, no facny, no flexibility,
  29 // hardcoded list name 'mlist' and from square 'from'.
  30 #define SERIALIZE_MOVES(b) while (b) (*mlist++).move = make_move(from, pop_1st_bit(&b))
  31
  32 // Version used for pawns, where the 'from' square is given as a delta from the 'to' square
  33 #define SERIALIZE_MOVES_D(b, d) while (b) { to = pop_1st_bit(&b); (*mlist++).move = make_move(to + (d), to); }
  34
  35 namespace {
  36
  37   enum CastlingSide { KING_SIDE, QUEEN_SIDE };
  38
  39   template<CastlingSide Side>
  40   MoveStack* generate_castle_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us) {
  41
  42     const CastleRight CR[] = { Side ? WHITE_OOO : WHITE_OO,
  43                                Side ? BLACK_OOO : BLACK_OO };
  44
  45     if (!pos.can_castle(CR[us]))
  46         return mlist;
  47
  48     // After castling, the rook and king final positions are the same in Chess960
  49     // as they would be in standard chess.
  50     Square kfrom = pos.king_square(us);
  51     Square rfrom = pos.castle_rook_square(CR[us]);
  52     Square kto = relative_square(us, Side == KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
  53     Square rto = relative_square(us, Side == KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
  54     Bitboard enemies = pos.pieces(flip(us));
  55
  56     assert(!pos.in_check());
  57     assert(pos.piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
  58     assert(pos.piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
  59
  60     // Unimpeded rule: All the squares between the king's initial and final squares
  61     // (including the final square), and all the squares between the rook's initial
  62     // and final squares (including the final square), must be vacant except for
  63     // the king and castling rook.
  64     for (Square s = std::min(rfrom, rto), e = std::max(rfrom, rto); s <= e; s++)
  65         if (s != kfrom && s != rfrom && !pos.square_is_empty(s))
  66             return mlist;
  67
  68     for (Square s = std::min(kfrom, kto), e = std::max(kfrom, kto); s <= e; s++)
  69         if (  (s != kfrom && s != rfrom && !pos.square_is_empty(s))
  70             ||(pos.attackers_to(s) & enemies))
  71             return mlist;
  72
  73     // Because we generate only legal castling moves we need to verify that
  74     // when moving the castling rook we do not discover some hidden checker.
  75     // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
  76     if (pos.is_chess960())
  77     {
  78         Bitboard occ = pos.occupied_squares();
  79         clear_bit(&occ, rfrom);
  80         if (pos.attackers_to(kto, occ) & enemies)
  81             return mlist;
  82     }
  83
  84     (*mlist++).move = make_castle(kfrom, rfrom);
  85
  86     return mlist;
  87   }
  88
  89
  90   template<Square Delta>
  91   inline Bitboard move_pawns(Bitboard p) {
  92
  93     return Delta == DELTA_N  ? p << 8 : Delta == DELTA_S  ? p >> 8 :
  94            Delta == DELTA_NE ? p << 9 : Delta == DELTA_SE ? p >> 7 :
  95            Delta == DELTA_NW ? p << 7 : Delta == DELTA_SW ? p >> 9 : p;
  96   }
  97
  98
  99   template<Square Delta>
 100   inline MoveStack* generate_pawn_captures(MoveStack* mlist, Bitboard pawns, Bitboard target) {
 101
 102     const Bitboard TFileABB = (   Delta == DELTA_NE
 103                                || Delta == DELTA_SE ? FileABB : FileHBB);
 104     Bitboard b;
 105     Square to;
 106
 107     b = move_pawns<Delta>(pawns) & target & ~TFileABB;
 108     SERIALIZE_MOVES_D(b, -Delta);
 109     return mlist;
 110   }
 111
 112
 113   template<MoveType Type, Square Delta>
 114   inline MoveStack* generate_promotions(MoveStack* mlist, Bitboard pawnsOn7, Bitboard target, Square ksq) {
 115
 116     const Bitboard TFileABB = (   Delta == DELTA_NE
 117                                || Delta == DELTA_SE ? FileABB : FileHBB);
 118     Bitboard b;
 119     Square to;
 120
 121     b = move_pawns<Delta>(pawnsOn7) & target;
 122
 123     if (Delta != DELTA_N && Delta != DELTA_S)
 124         b &= ~TFileABB;
 125
 126     while (b)
 127     {
 128         to = pop_1st_bit(&b);
 129
 130         if (Type == MV_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
 131             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, QUEEN);
 132
 133         if (Type == MV_NON_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
 134         {
 135             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, ROOK);
 136             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, BISHOP);
 137             (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, KNIGHT);
 138         }
 139
 140         // Knight-promotion is the only one that can give a check (direct or
 141         // discovered) not already included in the queen-promotion.
 142         if (   Type == MV_CHECK
 143             && bit_is_set(StepAttacksBB[W_KNIGHT][to], ksq))
 144                 (*mlist++).move = make_promotion(to - Delta, to, KNIGHT);
 145         else
 146             (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
 147     }
 148     return mlist;
 149   }
 150
 151
 152   template<Color Us, MoveType Type>
 153   MoveStack* generate_pawn_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Bitboard target, Square ksq) {
 154
 155     // Calculate our parametrized parameters at compile time, named according to
 156     // the point of view of white side.
 157     const Color    Them     = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 158     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 159     const Bitboard TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB  : Rank6BB);
 160     const Square   UP       = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 161     const Square   RIGHT    = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 162     const Square   LEFT     = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 163
 164     Square to;
 165     Bitboard b1, b2, dc1, dc2, emptySquares;
 166
 167     Bitboard pawns       = pos.pieces(PAWN, Us);
 168     Bitboard pawnsOn7    = pawns &  TRank7BB;
 169     Bitboard pawnsNotOn7 = pawns & ~TRank7BB;
 170
 171     Bitboard enemies = (Type == MV_EVASION ? pos.pieces(Them) & target:
 172                         Type == MV_CAPTURE ? target : pos.pieces(Them));
 173
 174     // Single and double pawn pushes, no promotions
 175     if (Type != MV_CAPTURE)
 176     {
 177         emptySquares = (Type == MV_NON_CAPTURE ? target : pos.empty_squares());
 178
 179         b1 = move_pawns<UP>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
 180         b2 = move_pawns<UP>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
 181
 182         if (Type == MV_EVASION)
 183         {
 184             b1 &= target; // Consider only blocking squares
 185             b2 &= target;
 186         }
 187
 188         if (Type == MV_CHECK)
 189         {
 190             // Consider only direct checks
 191             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
 192             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
 193
 194             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
 195             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
 196             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
 197             // promotion has been already generated among captures.
 198             if (pawnsNotOn7 & target) // For CHECK type target is dc bitboard
 199             {
 200                 dc1 = move_pawns<UP>(pawnsNotOn7 & target) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
 201                 dc2 = move_pawns<UP>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
 202
 203                 b1 |= dc1;
 204                 b2 |= dc2;
 205             }
 206         }
 207
 208         SERIALIZE_MOVES_D(b1, -UP);
 209         SERIALIZE_MOVES_D(b2, -UP -UP);
 210     }
 211
 212     // Promotions and underpromotions
 213     if (pawnsOn7)
 214     {
 215         if (Type == MV_CAPTURE)
 216             emptySquares = pos.empty_squares();
 217
 218         if (Type == MV_EVASION)
 219             emptySquares &= target;
 220
 221         mlist = generate_promotions<Type, RIGHT>(mlist, pawnsOn7, enemies, ksq);
 222         mlist = generate_promotions<Type, LEFT>(mlist, pawnsOn7, enemies, ksq);
 223         mlist = generate_promotions<Type, UP>(mlist, pawnsOn7, emptySquares, ksq);
 224     }
 225
 226     // Standard and en-passant captures
 227     if (Type == MV_CAPTURE || Type == MV_EVASION || Type == MV_NON_EVASION)
 228     {
 229         mlist = generate_pawn_captures<RIGHT>(mlist, pawnsNotOn7, enemies);
 230         mlist = generate_pawn_captures<LEFT >(mlist, pawnsNotOn7, enemies);
 231
 232         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
 233         {
 234             assert(rank_of(pos.ep_square()) == (Us == WHITE ? RANK_6 : RANK_3));
 235
 236             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
 237             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
 238             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
 239             if (Type == MV_EVASION && !bit_is_set(target, pos.ep_square() - UP))
 240                 return mlist;
 241
 242             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
 243
 244             assert(b1);
 245
 246             while (b1)
 247                 (*mlist++).move = make_enpassant(pop_1st_bit(&b1), pos.ep_square());
 248         }
 249     }
 250
 251     return mlist;
 252   }
 253
 254
 255   template<PieceType Pt>
 256   inline MoveStack* generate_discovered_checks(const Position& pos, MoveStack* mlist, Square from) {
 257
 258     assert(Pt != QUEEN && Pt != PAWN);
 259
 260     Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & pos.empty_squares();
 261
 262     if (Pt == KING)
 263         b &= ~QueenPseudoAttacks[pos.king_square(flip(pos.side_to_move()))];
 264
 265     SERIALIZE_MOVES(b);
 266     return mlist;
 267   }
 268
 269
 270   template<PieceType Pt>
 271   inline MoveStack* generate_direct_checks(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us,
 272                                            Bitboard dc, Square ksq) {
 273     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
 274
 275     Bitboard checkSqs, b;
 276     Square from;
 277     const Square* pl = pos.piece_list(us, Pt);
 278
 279     if ((from = *pl++) == SQ_NONE)
 280         return mlist;
 281
 282     checkSqs = pos.attacks_from<Pt>(ksq) & pos.empty_squares();
 283
 284     do
 285     {
 286         if (   (Pt == QUEEN  && !(QueenPseudoAttacks[from]  & checkSqs))
 287             || (Pt == ROOK   && !(RookPseudoAttacks[from]   & checkSqs))
 288             || (Pt == BISHOP && !(BishopPseudoAttacks[from] & checkSqs)))
 289             continue;
 290
 291         if (dc && bit_is_set(dc, from))
 292             continue;
 293
 294         b = pos.attacks_from<Pt>(from) & checkSqs;
 295         SERIALIZE_MOVES(b);
 296
 297     } while ((from = *pl++) != SQ_NONE);
 298
 299     return mlist;
 300   }
 301
 302
 303   template<>
 304   FORCE_INLINE MoveStack* generate_direct_checks<PAWN>(const Position& p, MoveStack* m, Color us, Bitboard dc, Square ksq) {
 305
 306     return (us == WHITE ? generate_pawn_moves<WHITE, MV_CHECK>(p, m, dc, ksq)
 307                         : generate_pawn_moves<BLACK, MV_CHECK>(p, m, dc, ksq));
 308   }
 309
 310
 311   template<PieceType Pt, MoveType Type>
 312   FORCE_INLINE MoveStack* generate_piece_moves(const Position& p, MoveStack* m, Color us, Bitboard t) {
 313
 314     assert(Pt == PAWN);
 315     return (us == WHITE ? generate_pawn_moves<WHITE, Type>(p, m, t, SQ_NONE)
 316                         : generate_pawn_moves<BLACK, Type>(p, m, t, SQ_NONE));
 317   }
 318
 319
 320   template<PieceType Pt>
 321   FORCE_INLINE MoveStack* generate_piece_moves(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us, Bitboard target) {
 322
 323     Bitboard b;
 324     Square from;
 325     const Square* pl = pos.piece_list(us, Pt);
 326
 327     if (*pl != SQ_NONE)
 328     {
 329         do {
 330             from = *pl;
 331             b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
 332             SERIALIZE_MOVES(b);
 333         } while (*++pl != SQ_NONE);
 334     }
 335     return mlist;
 336   }
 337
 338
 339   template<>
 340   FORCE_INLINE MoveStack* generate_piece_moves<KING>(const Position& pos, MoveStack* mlist, Color us, Bitboard target) {
 341
 342     Bitboard b;
 343     Square from = pos.king_square(us);
 344
 345     b = pos.attacks_from<KING>(from) & target;
 346     SERIALIZE_MOVES(b);
 347     return mlist;
 348   }
 349
 350 } // namespace
 351
 352
 353 /// generate<MV_CAPTURE> generates all pseudo-legal captures and queen
 354 /// promotions. Returns a pointer to the end of the move list.
 355 ///
 356 /// generate<MV_NON_CAPTURE> generates all pseudo-legal non-captures and
 357 /// underpromotions. Returns a pointer to the end of the move list.
 358 ///
 359 /// generate<MV_NON_EVASION> generates all pseudo-legal captures and
 360 /// non-captures. Returns a pointer to the end of the move list.
 361
 362 template<MoveType Type>
 363 MoveStack* generate(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
 364
 365   assert(Type == MV_CAPTURE || Type == MV_NON_CAPTURE || Type == MV_NON_EVASION);
 366   assert(!pos.in_check());
 367
 368   Color us = pos.side_to_move();
 369   Bitboard target;
 370
 371   if (Type == MV_CAPTURE)
 372       target = pos.pieces(flip(us));
 373
 374   else if (Type == MV_NON_CAPTURE)
 375       target = pos.empty_squares();
 376
 377   else if (Type == MV_NON_EVASION)
 378       target = pos.pieces(flip(us)) | pos.empty_squares();
 379
 380   mlist = generate_piece_moves<PAWN, Type>(pos, mlist, us, target);
 381   mlist = generate_piece_moves<KNIGHT>(pos, mlist, us, target);
 382   mlist = generate_piece_moves<BISHOP>(pos, mlist, us, target);
 383   mlist = generate_piece_moves<ROOK>(pos, mlist, us, target);
 384   mlist = generate_piece_moves<QUEEN>(pos, mlist, us, target);
 385   mlist = generate_piece_moves<KING>(pos, mlist, us, target);
 386
 387   if (Type != MV_CAPTURE && pos.can_castle(us))
 388   {
 389       mlist = generate_castle_moves<KING_SIDE>(pos, mlist, us);
 390       mlist = generate_castle_moves<QUEEN_SIDE>(pos, mlist, us);
 391   }
 392
 393   return mlist;
 394 }
 395
 396 // Explicit template instantiations
 397 template MoveStack* generate<MV_CAPTURE>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
 398 template MoveStack* generate<MV_NON_CAPTURE>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
 399 template MoveStack* generate<MV_NON_EVASION>(const Position& pos, MoveStack* mlist);
 400
 401
 402 /// generate<MV_NON_CAPTURE_CHECK> generates all pseudo-legal non-captures and knight
 403 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
 404 template<>
 405 MoveStack* generate<MV_NON_CAPTURE_CHECK>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
 406
 407   assert(!pos.in_check());
 408
 409   Bitboard b, dc;
 410   Square from;
 411   Color us = pos.side_to_move();
 412   Square ksq = pos.king_square(flip(us));
 413
 414   assert(pos.piece_on(ksq) == make_piece(flip(us), KING));
 415
 416   // Discovered non-capture checks
 417   b = dc = pos.discovered_check_candidates();
 418
 419   while (b)
 420   {
 421      from = pop_1st_bit(&b);
 422      switch (type_of(pos.piece_on(from)))
 423      {
 424       case PAWN:   /* Will be generated togheter with pawns direct checks */     break;
 425       case KNIGHT: mlist = generate_discovered_checks<KNIGHT>(pos, mlist, from); break;
 426       case BISHOP: mlist = generate_discovered_checks<BISHOP>(pos, mlist, from); break;
 427       case ROOK:   mlist = generate_discovered_checks<ROOK>(pos, mlist, from);   break;
 428       case KING:   mlist = generate_discovered_checks<KING>(pos, mlist, from);   break;
 429       default: assert(false); break;
 430      }
 431   }
 432
 433   // Direct non-capture checks
 434   mlist = generate_direct_checks<PAWN>(pos, mlist, us, dc, ksq);
 435   mlist = generate_direct_checks<KNIGHT>(pos, mlist, us, dc, ksq);
 436   mlist = generate_direct_checks<BISHOP>(pos, mlist, us, dc, ksq);
 437   mlist = generate_direct_checks<ROOK>(pos, mlist, us, dc, ksq);
 438   return  generate_direct_checks<QUEEN>(pos, mlist, us, dc, ksq);
 439 }
 440
 441
 442 /// generate<MV_EVASION> generates all pseudo-legal check evasions when the side
 443 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
 444 template<>
 445 MoveStack* generate<MV_EVASION>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
 446
 447   assert(pos.in_check());
 448
 449   Bitboard b, target;
 450   Square from, checksq;
 451   int checkersCnt = 0;
 452   Color us = pos.side_to_move();
 453   Square ksq = pos.king_square(us);
 454   Bitboard checkers = pos.checkers();
 455   Bitboard sliderAttacks = 0;
 456
 457   assert(pos.piece_on(ksq) == make_piece(us, KING));
 458   assert(checkers);
 459
 460   // Find squares attacked by slider checkers, we will remove
 461   // them from the king evasions set so to early skip known
 462   // illegal moves and avoid an useless legality check later.
 463   b = checkers;
 464   do
 465   {
 466       checkersCnt++;
 467       checksq = pop_1st_bit(&b);
 468
 469       assert(color_of(pos.piece_on(checksq)) == flip(us));
 470
 471       switch (type_of(pos.piece_on(checksq)))
 472       {
 473       case BISHOP: sliderAttacks |= BishopPseudoAttacks[checksq]; break;
 474       case ROOK:   sliderAttacks |= RookPseudoAttacks[checksq];   break;
 475       case QUEEN:
 476           // If queen and king are far we can safely remove all the squares attacked
 477           // in the other direction becuase are not reachable by the king anyway.
 478           if (squares_between(ksq, checksq) || (RookPseudoAttacks[checksq] & (1ULL << ksq)))
 479               sliderAttacks |= QueenPseudoAttacks[checksq];
 480
 481           // Otherwise, if king and queen are adjacent and on a diagonal line, we need to
 482           // use real rook attacks to check if king is safe to move in the other direction.
 483           // For example: king in B2, queen in A1 a knight in B1, and we can safely move to C1.
 484           else
 485               sliderAttacks |= BishopPseudoAttacks[checksq] | pos.attacks_from<ROOK>(checksq);
 486
 487       default:
 488           break;
 489       }
 490   } while (b);
 491
 492   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
 493   b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
 494   from = ksq;
 495   SERIALIZE_MOVES(b);
 496
 497   // Generate evasions for other pieces only if not double check
 498   if (checkersCnt > 1)
 499       return mlist;
 500
 501   // Find squares where a blocking evasion or a capture of the
 502   // checker piece is possible.
 503   target = squares_between(checksq, ksq) | checkers;
 504
 505   mlist = generate_piece_moves<PAWN, MV_EVASION>(pos, mlist, us, target);
 506   mlist = generate_piece_moves<KNIGHT>(pos, mlist, us, target);
 507   mlist = generate_piece_moves<BISHOP>(pos, mlist, us, target);
 508   mlist = generate_piece_moves<ROOK>(pos, mlist, us, target);
 509   return  generate_piece_moves<QUEEN>(pos, mlist, us, target);
 510 }
 511
 512
 513 /// generate<MV_LEGAL> computes a complete list of legal moves in the current position
 514
 515 template<>
 516 MoveStack* generate<MV_LEGAL>(const Position& pos, MoveStack* mlist) {
 517
 518   MoveStack *last, *cur = mlist;
 519   Bitboard pinned = pos.pinned_pieces();
 520
 521   last = pos.in_check() ? generate<MV_EVASION>(pos, mlist)
 522                         : generate<MV_NON_EVASION>(pos, mlist);
 523
 524   // Remove illegal moves from the list
 525   while (cur != last)
 526       if (!pos.pl_move_is_legal(cur->move, pinned))
 527           cur->move = (--last)->move;
 528       else
 529           cur++;
 530
 531   return last;
 532 }