fc99ec26611a53f6701d3d3b6a58461da43c7372
[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) 2015-2019 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<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         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, QUEEN);
33
34     if (Type == QUIETS || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
35     {
36         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, ROOK);
37         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, BISHOP);
38         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
39     }
40
41     // Knight promotion is the only promotion that can give a direct check
42     // that's not already included in the queen promotion.
43     if (Type == QUIET_CHECKS && (PseudoAttacks[KNIGHT][to] & ksq))
44         *moveList++ = make<PROMOTION>(to - D, to, KNIGHT);
45     else
46         (void)ksq; // Silence a warning under MSVC
47
48     return moveList;
49   }
50
51
52   template<Color Us, GenType Type>
53   ExtMove* generate_pawn_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
54
55     // Compute some compile time parameters relative to the white side
56     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
57     constexpr Bitboard  TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
58     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
59     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
60     constexpr Direction UpRight  = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
61     constexpr Direction UpLeft   = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
62
63     Bitboard emptySquares;
64
65     Bitboard pawnsOn7    = pos.pieces(Us, PAWN) &  TRank7BB;
66     Bitboard pawnsNotOn7 = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
67
68     Bitboard enemies = (Type == EVASIONS ? pos.pieces(Them) & target:
69                         Type == CAPTURES ? target : pos.pieces(Them));
70
71     // Single and double pawn pushes, no promotions
72     if (Type != CAPTURES)
73     {
74         emptySquares = (Type == QUIETS || Type == QUIET_CHECKS ? target : ~pos.pieces());
75
76         Bitboard b1 = shift<Up>(pawnsNotOn7)   & emptySquares;
77         Bitboard b2 = shift<Up>(b1 & TRank3BB) & emptySquares;
78
79         if (Type == EVASIONS) // Consider only blocking squares
80         {
81             b1 &= target;
82             b2 &= target;
83         }
84
85         if (Type == QUIET_CHECKS)
86         {
87             Square ksq = pos.square<KING>(Them);
88
89             b1 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
90             b2 &= pos.attacks_from<PAWN>(ksq, Them);
91
92             // Add pawn pushes which give discovered check. This is possible only
93             // if the pawn is not on the same file as the enemy king, because we
94             // don't generate captures. Note that a possible discovery check
95             // promotion has been already generated amongst the captures.
96             Bitboard dcCandidateQuiets = pos.blockers_for_king(Them) & pawnsNotOn7;
97             if (dcCandidateQuiets)
98             {
99                 Bitboard dc1 = shift<Up>(dcCandidateQuiets) & emptySquares & ~file_bb(ksq);
100                 Bitboard dc2 = shift<Up>(dc1 & TRank3BB) & emptySquares;
101
102                 b1 |= dc1;
103                 b2 |= dc2;
104             }
105         }
106
107         while (b1)
108         {
109             Square to = pop_lsb(&b1);
110             *moveList++ = make_move(to - Up, to);
111         }
112
113         while (b2)
114         {
115             Square to = pop_lsb(&b2);
116             *moveList++ = make_move(to - Up - Up, to);
117         }
118     }
119
120     // Promotions and underpromotions
121     if (pawnsOn7)
122     {
123         if (Type == CAPTURES)
124             emptySquares = ~pos.pieces();
125
126         if (Type == EVASIONS)
127             emptySquares &= target;
128
129         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsOn7) & enemies;
130         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsOn7) & enemies;
131         Bitboard b3 = shift<Up     >(pawnsOn7) & emptySquares;
132
133         Square ksq = pos.square<KING>(Them);
134
135         while (b1)
136             moveList = make_promotions<Type, UpRight>(moveList, pop_lsb(&b1), ksq);
137
138         while (b2)
139             moveList = make_promotions<Type, UpLeft >(moveList, pop_lsb(&b2), ksq);
140
141         while (b3)
142             moveList = make_promotions<Type, Up     >(moveList, pop_lsb(&b3), ksq);
143     }
144
145     // Standard and en-passant captures
146     if (Type == CAPTURES || Type == EVASIONS || Type == NON_EVASIONS)
147     {
148         Bitboard b1 = shift<UpRight>(pawnsNotOn7) & enemies;
149         Bitboard b2 = shift<UpLeft >(pawnsNotOn7) & enemies;
150
151         while (b1)
152         {
153             Square to = pop_lsb(&b1);
154             *moveList++ = make_move(to - UpRight, to);
155         }
156
157         while (b2)
158         {
159             Square to = pop_lsb(&b2);
160             *moveList++ = make_move(to - UpLeft, to);
161         }
162
163         if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
164         {
165             assert(rank_of(pos.ep_square()) == relative_rank(Us, RANK_6));
166
167             // An en passant capture can be an evasion only if the checking piece
168             // is the double pushed pawn and so is in the target. Otherwise this
169             // is a discovery check and we are forced to do otherwise.
170             if (Type == EVASIONS && !(target & (pos.ep_square() - Up)))
171                 return moveList;
172
173             b1 = pawnsNotOn7 & pos.attacks_from<PAWN>(pos.ep_square(), Them);
174
175             assert(b1);
176
177             while (b1)
178                 *moveList++ = make<ENPASSANT>(pop_lsb(&b1), pos.ep_square());
179         }
180     }
181
182     return moveList;
183   }
184
185
186   template<PieceType Pt, bool Checks>
187   ExtMove* generate_moves(const Position& pos, ExtMove* moveList, Color us,
188                           Bitboard target) {
189
190     assert(Pt != KING && Pt != PAWN);
191
192     const Square* pl = pos.squares<Pt>(us);
193
194     for (Square from = *pl; from != SQ_NONE; from = *++pl)
195     {
196         if (Checks)
197         {
198             if (    (Pt == BISHOP || Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
199                 && !(PseudoAttacks[Pt][from] & target & pos.check_squares(Pt)))
200                 continue;
201
202             if (pos.blockers_for_king(~us) & from)
203                 continue;
204         }
205
206         Bitboard b = pos.attacks_from<Pt>(from) & target;
207
208         if (Checks)
209             b &= pos.check_squares(Pt);
210
211         while (b)
212             *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
213     }
214
215     return moveList;
216   }
217
218
219   template<Color Us, GenType Type>
220   ExtMove* generate_all(const Position& pos, ExtMove* moveList, Bitboard target) {
221
222     constexpr CastlingRights OO  = Us & KING_SIDE;
223     constexpr CastlingRights OOO = Us & QUEEN_SIDE;
224     constexpr bool Checks = Type == QUIET_CHECKS; // Reduce template instantations
225
226     moveList = generate_pawn_moves<Us, Type>(pos, moveList, target);
227     moveList = generate_moves<KNIGHT, Checks>(pos, moveList, Us, target);
228     moveList = generate_moves<BISHOP, Checks>(pos, moveList, Us, target);
229     moveList = generate_moves<  ROOK, Checks>(pos, moveList, Us, target);
230     moveList = generate_moves< QUEEN, Checks>(pos, moveList, Us, target);
231
232     if (Type != QUIET_CHECKS && Type != EVASIONS)
233     {
234         Square ksq = pos.square<KING>(Us);
235         Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & target;
236         while (b)
237             *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
238
239         if (Type != CAPTURES && pos.can_castle(CastlingRights(OO | OOO)))
240         {
241             if (!pos.castling_impeded(OO) && pos.can_castle(OO))
242                 *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(OO));
243
244             if (!pos.castling_impeded(OOO) && pos.can_castle(OOO))
245                 *moveList++ = make<CASTLING>(ksq, pos.castling_rook_square(OOO));
246         }
247     }
248
249     return moveList;
250   }
251
252 } // namespace
253
254
255 /// <CAPTURES>     Generates all pseudo-legal captures and queen promotions
256 /// <QUIETS>       Generates all pseudo-legal non-captures and underpromotions
257 /// <NON_EVASIONS> Generates all pseudo-legal captures and non-captures
258 ///
259 /// Returns a pointer to the end of the move list.
260
261 template<GenType Type>
262 ExtMove* generate(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
263
264   assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == NON_EVASIONS);
265   assert(!pos.checkers());
266
267   Color us = pos.side_to_move();
268
269   Bitboard target =  Type == CAPTURES     ?  pos.pieces(~us)
270                    : Type == QUIETS       ? ~pos.pieces()
271                    : Type == NON_EVASIONS ? ~pos.pieces(us) : 0;
272
273   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, Type>(pos, moveList, target)
274                      : generate_all<BLACK, Type>(pos, moveList, target);
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 and knight
284 /// underpromotions that give check. 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);
292
293   while (dc)
294   {
295      Square from = pop_lsb(&dc);
296      PieceType pt = type_of(pos.piece_on(from));
297
298      if (pt == PAWN)
299          continue; // Will be generated together with direct checks
300
301      Bitboard b = pos.attacks_from(pt, from) & ~pos.pieces();
302
303      if (pt == KING)
304          b &= ~PseudoAttacks[QUEEN][pos.square<KING>(~us)];
305
306      while (b)
307          *moveList++ = make_move(from, pop_lsb(&b));
308   }
309
310   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces())
311                      : generate_all<BLACK, QUIET_CHECKS>(pos, moveList, ~pos.pieces());
312 }
313
314
315 /// generate<EVASIONS> generates all pseudo-legal check evasions when the side
316 /// to move is in check. Returns a pointer to the end of the move list.
317 template<>
318 ExtMove* generate<EVASIONS>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
319
320   assert(pos.checkers());
321
322   Color us = pos.side_to_move();
323   Square ksq = pos.square<KING>(us);
324   Bitboard sliderAttacks = 0;
325   Bitboard sliders = pos.checkers() & ~pos.pieces(KNIGHT, PAWN);
326
327   // Find all the squares attacked by slider checkers. We will remove them from
328   // the king evasions in order to skip known illegal moves, which avoids any
329   // useless legality checks later on.
330   while (sliders)
331   {
332       Square checksq = pop_lsb(&sliders);
333       sliderAttacks |= LineBB[checksq][ksq] ^ checksq;
334   }
335
336   // Generate evasions for king, capture and non capture moves
337   Bitboard b = pos.attacks_from<KING>(ksq) & ~pos.pieces(us) & ~sliderAttacks;
338   while (b)
339       *moveList++ = make_move(ksq, pop_lsb(&b));
340
341   if (more_than_one(pos.checkers()))
342       return moveList; // Double check, only a king move can save the day
343
344   // Generate blocking evasions or captures of the checking piece
345   Square checksq = lsb(pos.checkers());
346   Bitboard target = between_bb(checksq, ksq) | checksq;
347
348   return us == WHITE ? generate_all<WHITE, EVASIONS>(pos, moveList, target)
349                      : generate_all<BLACK, EVASIONS>(pos, moveList, target);
350 }
351
352
353 /// generate<LEGAL> generates all the legal moves in the given position
354
355 template<>
356 ExtMove* generate<LEGAL>(const Position& pos, ExtMove* moveList) {
357
358   Color us = pos.side_to_move();
359   Bitboard pinned = pos.blockers_for_king(us) & pos.pieces(us);
360   Square ksq = pos.square<KING>(us);
361   ExtMove* cur = moveList;
362
363   moveList = pos.checkers() ? generate<EVASIONS    >(pos, moveList)
364                             : generate<NON_EVASIONS>(pos, moveList);
365   while (cur != moveList)
366       if (   (pinned || from_sq(*cur) == ksq || type_of(*cur) == ENPASSANT)
367           && !pos.legal(*cur))
368           *cur = (--moveList)->move;
369       else
370           ++cur;
371
372   return moveList;
373 }