f1eb4b1d16bef0d3a8b1d5c6e2878e26d223e6c9
[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) 2008-2013 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
22 #include "movegen.h"
23 #include "position.h"
24
25 /// Simple macro to wrap a very common while loop, no facny, no flexibility,
26 /// hardcoded names 'mlist' and 'from'.
27 #define SERIALIZE(b) while (b) (mlist++)->move = make_move(from, pop_lsb(&b))
28
29 /// Version used for pawns, where the 'from' square is given as a delta from the 'to' square
30 #define SERIALIZE_PAWNS(b, d) while (b) { Square to = pop_lsb(&b); \
31                                          (mlist++)->move = make_move(to - (d), to); }
32 namespace {
33
34   template<CastlingSide Side, bool Checks, bool Chess960>
35   ExtMove* generate_castling(const Position& pos, ExtMove* mlist, Color us) {
36
37     if (pos.castling_impeded(us, Side) || !pos.can_castle(make_castling_flag(us, Side)))
38         return mlist;
39
40     // After castling, the rook and king final positions are the same in Chess960
41     // as they would be in standard chess.
42     Square kfrom = pos.king_square(us);
43     Square rfrom = pos.castling_rook_square(us, Side);
44     Square kto = relative_square(us, Side == KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
45     Bitboard enemies = pos.pieces(~us);
46
47     assert(!pos.checkers());
48
49     const int K = Chess960 ? kto > kfrom ? -1 : 1
50                            : Side == KING_SIDE ? -1 : 1;
51
52     for (Square s = kto; s != kfrom; s += (Square)K)
53         if (pos.attackers_to(s) & enemies)
54             return mlist;
55
56     // Because we generate only legal castling moves we need to verify that
57     // when moving the castling rook we do not discover some hidden checker.
58     // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
59     if (Chess960 && (attacks_bb<ROOK>(kto, pos.pieces() ^ rfrom) & pos.pieces(~us, ROOK, QUEEN)))
60         return mlist;
61
62     (mlist++)->move = make<CASTLING>(kfrom, rfrom);
63
64     if (Checks && !pos.gives_check((mlist - 1)->move, CheckInfo(pos)))
65         --mlist;
66
67     return mlist;
68   }
69
70
71   template<GenType Type, Square Delta>
72   inline ExtMove* generate_promotions(ExtMove* mlist, Bitboard pawnsOn7,
73                                       Bitboard target, const CheckInfo* ci) {
74
75     Bitboard b = shift_bb<Delta>(pawnsOn7) & target;
76
77     while (b)
78     {
79         Square to = pop_lsb(&b);
80
81         if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
82             (mlist++)->move = make<PROMOTION>(to - Delta, to, QUEEN);
83
84         if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
85         {
86             (mlist++)->move = make<PROMOTION>(to - Delta, to, ROOK);
87             (mlist++)->move = make<PROMOTION>(to - Delta, to, BISHOP);
88             (mlist++)->move = make<PROMOTION>(to - Delta, to, KNIGHT);
89         }
90
91         // Knight promotion is the only promotion that can give a direct check
92         // that's not already included in the queen promotion.
93         if (Type == QUIET_CHECKS && (StepAttacksBB[W_KNIGHT][to] & ci->ksq))
94             (mlist++)->move = make<PROMOTION>(to - Delta, to, KNIGHT);
95         else
96             (void)ci; // Silence a warning under MSVC
97     }
98
99     return mlist;
100   }
101
102
103   template<Color Us, GenType Type>
104   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* mlist,
105                                Bitboard target, const CheckInfo* ci) {
106
107     // Compute our parametrized parameters at compile time, named according to
108     // the point of view of white side.
109     const Color    Them     = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
110     const Bitboard TRank8BB = (Us == WHITE ? Rank8BB  : Rank1BB);
111     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
112     const Bitboard TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB  : Rank6BB);
113     const Square   Up       = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
114     const Square   Right    = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
115     const Square   Left     = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
116
117     Bitboard b1, b2, dc1, dc2, emptySquares;
118
119     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
120     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
121
122     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
123                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
124
125     // Single and double pawn pushes, no promotions
126     if (Type != CAPTURES)
127     {
128         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
129
130         b1 = shift_bb<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
131         b2 = shift_bb<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
132
133         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
134         {
135             b1 &= target;
136             b2 &= target;
137         }
138
139         if (Type == QUIET_CHECKS)
140         {
141             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ci->ksq, Them);
142             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ci->ksq, Them);
143
144             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
145             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
146             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
147             // promotion has been already generated amongst the captures.
148             if (pawnsNotOn7 & ci->dcCandidates)
149             {
150                 dc1 = shift_bb<Up>(pawnsNotOn7 & ci->dcCandidates) & emptySquares & ~file_bb(ci->ksq);
151                 dc2 = shift_bb<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
152
153                 b1 |= dc1;
154                 b2 |= dc2;
155             }
156         }
157
158         SERIALIZE_PAWNS(b1, Up);
159         SERIALIZE_PAWNS(b2, Up + Up);
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         mlist = generate_promotions<Type, Right>(mlist, pawnsOn7, enemies, ci);
172         mlist = generate_promotions<Type, Left >(mlist, pawnsOn7, enemies, ci);
173         mlist = generate_promotions<Type, Up>(mlist, pawnsOn7, emptySquares, ci);
174     }
175
176     // Standard and en-passant captures
177     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
178     {
179         b1 = shift_bb<Right>(pawnsNotOn7) & enemies;
180         b2 = shift_bb<Left >(pawnsNotOn7) & enemies;
181
182         SERIALIZE_PAWNS(b1, Right);
183         SERIALIZE_PAWNS(b2, Left);
184
185         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
186         {
187             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
188
189             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
190             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
191             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
192             if (Type == EVASIONS && !(target & (pos.ep_square() - Up)))
193                 return mlist;
194
195             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
196
197             assert(b1);
198
199             while (b1)
200                 (mlist++)->move = make<ENPASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
201         }
202     }
203
204     return mlist;
205   }
206
207
208   template<PieceType Pt, bool Checks> FORCE_INLINE
209   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* mlist, Color us,
210                           Bitboard target, const CheckInfo* ci) {
211
212     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
213
214     const Square* pl = pos.list<Pt>(us);
215
216     for (Square from = *pl; from != SQ_NONE; from = *++pl)
217     {
218         if (Checks)
219         {
220             if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
221                 && !(PseudoAttacks[Pt][from] & target & ci->checkSq[Pt]))
222                 continue;
223
224             if (unlikely(ci->dcCandidates) && (ci->dcCandidates & from))
225                 continue;
226         }
227
228         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
229
230         if (Checks)
231             b &= ci->checkSq[Pt];
232
233         SERIALIZE(b);
234     }
235
236     return mlist;
237   }
238
239
240   template<Color Us, GenType Type> FORCE_INLINE
241   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* mlist, Bitboard target,
242                         const CheckInfo* ci = NULL) {
243
244     const bool Checks = Type == QUIET_CHECKS;
245
246     mlist = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, mlist, target, ci);
247     mlist = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, mlist, Us, target, ci);
248     mlist = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, mlist, Us, target, ci);
249     mlist = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, mlist, Us, target, ci);
250     mlist = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, mlist, Us, target, ci);
251
252     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
253     {
254         Square from = pos.king_square(Us);
255         Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(from) & target;
256         SERIALIZE(b);
257     }
258
259     if (Type != CAPTURES && Type != EVASIONS && pos.can_castle(Us))
260     {
261         if (pos.is_chess960())
262         {
263             mlist = generate_castling< KING_SIDE, Checks, true>(pos, mlist, Us);
264             mlist = generate_castling<QUEEN_SIDE, Checks, true>(pos, mlist, Us);
265         }
266         else
267         {
268             mlist = generate_castling< KING_SIDE, Checks, false>(pos, mlist, Us);
269             mlist = generate_castling<QUEEN_SIDE, Checks, false>(pos, mlist, Us);
270         }
271     }
272
273     return mlist;
274   }
275
276
277 } // namespace
278
279
280 /// generate<CAPTURES> generates all pseudo-legal captures and queen
281 /// promotions. Returns a pointer to the end of the move list.
282 ///
283 /// generate<QUIETS> generates all pseudo-legal non-captures and
284 /// underpromotions. Returns a pointer to the end of the move list.
285 ///
286 /// generate<NON_EVASIONS> generates all pseudo-legal captures and
287 /// non-captures. Returns a pointer to the end of the move list.
288
289 template<GenType Type>
290 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* mlist) {
291
292   assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS);
293   assert(!pos.checkers());
294
295   Color us = pos.side_to_move();
296
297   Bitboard target = Type == CAPTURES     ?  pos.pieces(~us)
298                   : Type == QUIETS       ? ~pos.pieces()
299                   : Type == NON_EVASIONS ? ~pos.pieces(us) : 0;
300
301   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, mlist, target)
302                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, mlist, target);
303 }
304
305 // Explicit template instantiations
306 template ExtMove* generate<CAPTURES>(const Position&, ExtMove*);
307 template ExtMove* generate<QUIETS>(const Position&, ExtMove*);
308 template ExtMove* generate<NON_EVASIONS>(const Position&, ExtMove*);
309
310
311 /// generate<QUIET_CHECKS> generates all pseudo-legal non-captures and knight
312 /// underpromotions that give check. Returns a pointer to the end of the move list.
313 template<>
314 ExtMove* generate<QUIET_CHECKS>(const Position& pos, ExtMove* mlist) {
315
316   assert(!pos.checkers());
317
318   Color us = pos.side_to_move();
319   CheckInfo ci(pos);
320   Bitboard dc = ci.dcCandidates;
321
322   while (dc)
323   {
324      Square from = pop_lsb(&dc);
325      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
326
327      if (pt == PAWN)
328          continue; // Will be generated togheter with direct checks
329
330      Bitboard b = pos.attacks_from(Piece(pt), from) & ~pos.pieces();
331
332      if (pt == KING)
333          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][ci.ksq];
334
335      SERIALIZE(b);
336   }
337
338   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, mlist, ~pos.pieces(), &ci)
339                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, mlist, ~pos.pieces(), &ci);
340 }
341
342
343 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
344 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
345 template<>
346 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* mlist) {
347
348   assert(pos.checkers());
349
350   int checkersCnt = 0;
351   Color us = pos.side_to_move();
352   Square ksq = pos.king_square(us), from = ksq /* For SERIALIZE */, checksq;
353   Bitboard sliderAttacks = 0;
354   Bitboard b = pos.checkers();
355
356   assert(pos.checkers());
357
358   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
359   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
360   // useless legality checks later on.
361   do
362   {
363       ++checkersCnt;
364       checksq = pop_lsb(&b);
365
366       assert(color_of(pos.piece_on(checksq)) == ~us);
367
368       if (type_of(pos.piece_on(checksq)) > KNIGHT) // A slider
369           sliderAttacks |= LineBB[checksq][ksq] ^ checksq;
370
371   } while (b);
372
373   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
374   b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
375   SERIALIZE(b);
376
377   if (checkersCnt > 1)
378       return mlist; // Double check, only a king move can save the day
379
380   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
381   Bitboard target = between_bb(checksq, ksq) | checksq;
382
383   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, mlist, target)
384                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, mlist, target);
385 }
386
387
388 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
389
390 template<>
391 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* mlist) {
392
393   ExtMove *end, *cur = mlist;
394   Bitboard pinned = pos.pinned_pieces(pos.side_to_move());
395   Square ksq = pos.king_square(pos.side_to_move());
396
397   end = pos.checkers() ? generate<EVASIONS>(pos, mlist)
398                        : generate<NON_EVASIONS>(pos, mlist);
399   while (cur != end)
400       if (   (pinned || from_sq(cur->move) == ksq || type_of(cur->move) == ENPASSANT)
401           && !pos.legal(cur->move, pinned))
402           cur->move = (--end)->move;
403       else
404           ++cur;
405
406   return end;
407 }