Mark all compile-time constants as constexpr.
[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) 2015-2018 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<CastlingRight Cr, bool Checks, bool Chess960>
29   ExtMove* generate_castling(const Position& pos, ExtMove* moveList, Color us) {
30
31     static constexpr bool KingSide = (Cr == WHITE_OO || Cr == BLACK_OO);
32
33     if (pos.castling_impeded(Cr) || !pos.can_castle(Cr))
34         return moveList;
35
36     // After castling, the rook and king final positions are the same in Chess960
37     // as they would be in standard chess.
38     Square kfrom = pos.square<KING>(us);
39     Square rfrom = pos.castling_rook_square(Cr);
40     Square kto = relative_square(us, KingSide ? SQ_G1 : SQ_C1);
41     Bitboard enemies = pos.pieces(~us);
42
43     assert(!pos.checkers());
44
45     const Direction step = Chess960 ? kto > kfrom ? WEST : EAST
46                                     : KingSide    ? WEST : EAST;
47
48     for (Square s = kto; s != kfrom; s += step)
49         if (pos.attackers_to(s) & enemies)
50             return moveList;
51
52     // Because we generate only legal castling moves we need to verify that
53     // when moving the castling rook we do not discover some hidden checker.
54     // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
55     if (Chess960 && (attacks_bb<ROOK>(kto, pos.pieces() ^ rfrom) & pos.pieces(~us, ROOK, QUEEN)))
56         return moveList;
57
58     Move m = make<CASTLING>(kfrom, rfrom);
59
60     if (Checks && !pos.gives_check(m))
61         return moveList;
62
63     *moveList++ = m;
64     return moveList;
65   }
66
67
68   template<GenType Type, Direction D>
69   ExtMove* make_promotions(ExtMove* moveList, Square to, Square ksq) {
70
71     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
72         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
73
74     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
75     {
76         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
77         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
78         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
79     }
80
81     // Knight promotion is the only promotion that can give a direct check
82     // that's not already included in the queen promotion.
83     if (Type == QUIET_CHECKS && (PseudoAttacks[KNIGHT][to] & ksq))
84         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
85     else
86         (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
87
88     return moveList;
89   }
90
91
92   template<Color Us, GenType Type>
93   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
94
95     // Compute our parametrized parameters at compile time, named according to
96     // the point of view of white side.
97     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
98     constexpr Bitboard  TRank8BB = (Us == WHITE ? Rank8BB    : Rank1BB);
99     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
100     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
101     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
102     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
103     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
104
105     Bitboard emptySquares;
106
107     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
108     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
109
110     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
111                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
112
113     // Single and double pawn pushes, no promotions
114     if (Type != CAPTURES)
115     {
116         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
117
118         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
119         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
120
121         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
122         {
123             b1 &= target;
124             b2 &= target;
125         }
126
127         if (Type == QUIET_CHECKS)
128         {
129             Square ksq = pos.square<KING>(Them);
130
131             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
132             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
133
134             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
135             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
136             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
137             // promotion has been already generated amongst the captures.
138             Bitboard dcCandidates = pos.blockers_for_king(Them);
139             if (pawnsNotOn7 & dcCandidates)
140             {
141                 Bitboard dc1 = shift<Up>(pawnsNotOn7 & dcCandidates) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
142                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
143
144                 b1 |= dc1;
145                 b2 |= dc2;
146             }
147         }
148
149         while (b1)
150         {
151             Square to = pop_lsb(&b1);
152             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
153         }
154
155         while (b2)
156         {
157             Square to = pop_lsb(&b2);
158             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
159         }
160     }
161
162     // Promotions and underpromotions
163     if (pawnsOn7 && (Type != EVASIONS || (target & TRank8BB)))
164     {
165         if (Type == CAPTURES)
166             emptySquares = ~pos.pieces();
167
168         if (Type == EVASIONS)
169             emptySquares &= target;
170
171         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
172         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
173         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
174
175         Square ksq = pos.square<KING>(Them);
176
177         while (b1)
178             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
179
180         while (b2)
181             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
182
183         while (b3)
184             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
185     }
186
187     // Standard and en-passant captures
188     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
189     {
190         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
191         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
192
193         while (b1)
194         {
195             Square to = pop_lsb(&b1);
196             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
197         }
198
199         while (b2)
200         {
201             Square to = pop_lsb(&b2);
202             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
203         }
204
205         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
206         {
207             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
208
209             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
210             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
211             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
212             if (Type == EVASIONS && !(target & (pos.ep_square() - Up)))
213                 return moveList;
214
215             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
216
217             assert(b1);
218
219             while (b1)
220                 *moveList++ = make<ENPASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
221         }
222     }
223
224     return moveList;
225   }
226
227
228   template<PieceType Pt, bool Checks>
229   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Color us,
230                           Bitboard target) {
231
232     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
233
234     const Square* pl = pos.squares<Pt>(us);
235
236     for (Square from = *pl; from != SQ_NONE; from = *++pl)
237     {
238         if (Checks)
239         {
240             if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
241                 && !(PseudoAttacks[Pt][from] & target & pos.check_squares(Pt)))
242                 continue;
243
244             if (pos.blockers_for_king(~us) & from)
245                 continue;
246         }
247
248         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
249
250         if (Checks)
251             b &= pos.check_squares(Pt);
252
253         while (b)
254             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
255     }
256
257     return moveList;
258   }
259
260
261   template<Color Us, GenType Type>
262   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
263
264     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS;
265
266     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
267     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, Us, target);
268     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, Us, target);
269     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, Us, target);
270     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, Us, target);
271
272     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
273     {
274         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
275         Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & target;
276         while (b)
277             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
278     }
279
280     if (Type != CAPTURES && Type != EVASIONS && pos.can_castle(Us))
281     {
282         if (pos.is_chess960())
283         {
284             moveList = generate_castling<MakeCastling<Us,  KING_SIDE>::right, Checks, true>(pos, moveList, Us);
285             moveList = generate_castling<MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right, Checks, true>(pos, moveList, Us);
286         }
287         else
288         {
289             moveList = generate_castling<MakeCastling<Us,  KING_SIDE>::right, Checks, false>(pos, moveList, Us);
290             moveList = generate_castling<MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right, Checks, false>(pos, moveList, Us);
291         }
292     }
293
294     return moveList;
295   }
296
297 } // namespace
298
299
300 /// generate<CAPTURES> generates all pseudo-legal captures and queen
301 /// promotions. Returns a pointer to the end of the move list.
302 ///
303 /// generate<QUIETS> generates all pseudo-legal non-captures and
304 /// underpromotions. Returns a pointer to the end of the move list.
305 ///
306 /// generate<NON_EVASIONS> generates all pseudo-legal captures and
307 /// non-captures. Returns a pointer to the end of the move list.
308
309 template<GenType Type>
310 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
311
312   assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS);
313   assert(!pos.checkers());
314
315   Color us = pos.side_to_move();
316
317   Bitboard target =  Type == CAPTURES     ?  pos.pieces(~us)
318                    : Type == QUIETS       ? ~pos.pieces()
319                    : Type == NON_EVASIONS ? ~pos.pieces(us) : 0;
320
321   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList, target)
322                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList, target);
323 }
324
325 // Explicit template instantiations
326 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
327 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
328 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
329
330
331 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures and knight
332 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
333 template<>
334 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
335
336   assert(!pos.checkers());
337
338   Color us = pos.side_to_move();
339   Bitboard dc = pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us);
340
341   while (dc)
342   {
343      Square from = pop_lsb(&dc);
344      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
345
346      if (pt == PAWN)
347          continue; // Will be generated together with direct checks
348
349      Bitboard b = pos.attacks_from(pt, from) & ~pos.pieces();
350
351      if (pt == KING)
352          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][pos.square<KING>(~us)];
353
354      while (b)
355          *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
356   }
357
358   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces())
359                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces());
360 }
361
362
363 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
364 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
365 template<>
366 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
367
368   assert(pos.checkers());
369
370   Color us = pos.side_to_move();
371   Square ksq = pos.square<KING>(us);
372   Bitboard sliderAttacks = 0;
373   Bitboard sliders = pos.checkers() & ~pos.pieces(KNIGHT, PAWN);
374
375   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
376   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
377   // useless legality checks later on.
378   while (sliders)
379   {
380       Square checksq = pop_lsb(&sliders);
381       sliderAttacks |= LineBB[checksq][ksq] ^ checksq;
382   }
383
384   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
385   Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
386   while (b)
387       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
388
389   if (more_than_one(pos.checkers()))
390       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
391
392   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
393   Square checksq = lsb(pos.checkers());
394   Bitboard target = between_bb(checksq, ksq) | checksq;
395
396   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList, target)
397                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList, target);
398 }
399
400
401 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
402
403 template<>
404 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
405
406   Color us = pos.side_to_move();
407   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
408   Square ksq = pos.square<KING>(us);
409   ExtMove* cur = moveList;
410
411   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
412                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
413   while (cur != moveList)
414       if (   (pinned || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == ENPASSANT)
415           && !pos.legal(*cur))
416           *cur = (--moveList)->move;
417       else
418           ++cur;
419
420   return moveList;
421 }