Remove some useless include
[stockfish] / src / position.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) 2008-2010 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 <cstring>
22 #include <fstream>
23 #include <iostream>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "movegen.h"
28 #include "position.h"
29 #include "psqtab.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "thread.h"
32 #include "tt.h"
33
34 using std::string;
35 using std::cout;
36 using std::endl;
37
38 Key Position::zobrist[2][8][64];
39 Key Position::zobEp[64];
40 Key Position::zobCastle[16];
41 Key Position::zobSideToMove;
42 Key Position::zobExclusion;
43
44 Score Position::pieceSquareTable[16][64];
45
46 // Material values arrays, indexed by Piece
47 const Value PieceValueMidgame[17] = {
48   VALUE_ZERO,
49   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
50   RookValueMidgame, QueenValueMidgame,
51   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
52   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
53   RookValueMidgame, QueenValueMidgame
54 };
55
56 const Value PieceValueEndgame[17] = {
57   VALUE_ZERO,
58   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
59   RookValueEndgame, QueenValueEndgame,
60   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
61   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
62   RookValueEndgame, QueenValueEndgame
63 };
64
65
66 namespace {
67
68   // Bonus for having the side to move (modified by Joona Kiiski)
69   const Score TempoValue = make_score(48, 22);
70
71   // To convert a Piece to and from a FEN char
72   const string PieceToChar(".PNBRQK  pnbrqk  ");
73 }
74
75
76 /// CheckInfo c'tor
77
78 CheckInfo::CheckInfo(const Position& pos) {
79
80   Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
81   Square ksq = pos.king_square(them);
82
83   pinned = pos.pinned_pieces();
84   dcCandidates = pos.discovered_check_candidates();
85
86   checkSq[PAWN]   = pos.attacks_from<PAWN>(ksq, them);
87   checkSq[KNIGHT] = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq);
88   checkSq[BISHOP] = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
89   checkSq[ROOK]   = pos.attacks_from<ROOK>(ksq);
90   checkSq[QUEEN]  = checkSq[BISHOP] | checkSq[ROOK];
91   checkSq[KING]   = EmptyBoardBB;
92 }
93
94
95 /// Position c'tors. Here we always create a copy of the original position
96 /// or the FEN string, we want the new born Position object do not depend
97 /// on any external data so we detach state pointer from the source one.
98
99 Position::Position(const Position& pos, int th) {
100
101   memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
102   detach(); // Always detach() in copy c'tor to avoid surprises
103   threadID = th;
104   nodes = 0;
105
106   assert(is_ok());
107 }
108
109 Position::Position(const string& fen, bool isChess960, int th) {
110
111   from_fen(fen, isChess960);
112   threadID = th;
113 }
114
115
116 /// Position::detach() copies the content of the current state and castling
117 /// masks inside the position itself. This is needed when the st pointee could
118 /// become stale, as example because the caller is about to going out of scope.
119
120 void Position::detach() {
121
122   startState = *st;
123   st = &startState;
124   st->previous = NULL; // As a safe guard
125 }
126
127
128 /// Position::from_fen() initializes the position object with the given FEN
129 /// string. This function is not very robust - make sure that input FENs are
130 /// correct (this is assumed to be the responsibility of the GUI).
131
132 void Position::from_fen(const string& fenStr, bool isChess960) {
133 /*
134    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
135
136    A FEN string contains six fields. The separator between fields is a space. The fields are:
137
138    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting with rank 8 and ending
139       with rank 1; within each rank, the contents of each square are described from file A through file H.
140       Following the Standard Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
141       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case letters ("PNBRQK")
142       while Black take lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are noted using digits 1 through 8 (the number
143       of blank squares), and "/" separate ranks.
144
145    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
146
147    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise, this has one or more
148       letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White can castle queenside), "k" (Black can castle
149       kingside), and/or "q" (Black can castle queenside).
150
151    4) En passant target square in algebraic notation. If there's no en passant target square, this is "-".
152       If a pawn has just made a 2-square move, this is the position "behind" the pawn. This is recorded
153       regardless of whether there is a pawn in position to make an en passant capture.
154
155    5) Halfmove clock: This is the number of halfmoves since the last pawn advance or capture. This is used
156       to determine if a draw can be claimed under the fifty-move rule.
157
158    6) Fullmove number: The number of the full move. It starts at 1, and is incremented after Black's move.
159 */
160
161   char col, row, token;
162   size_t p;
163   Square sq = SQ_A8;
164   std::istringstream fen(fenStr);
165
166   clear();
167   fen >> std::noskipws;
168
169   // 1. Piece placement
170   while ((fen >> token) && !isspace(token))
171   {
172       if (token == '/')
173           sq -= Square(16); // Jump back of 2 rows
174
175       else if (isdigit(token))
176           sq += Square(token - '0'); // Skip the given number of files
177
178       else if ((p = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
179       {
180           put_piece(Piece(p), sq);
181           sq++;
182       }
183   }
184
185   // 2. Active color
186   fen >> token;
187   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
188   fen >> token;
189
190   // 3. Castling availability
191   while ((fen >> token) && !isspace(token))
192       set_castling_rights(token);
193
194   // 4. En passant square. Ignore if no pawn capture is possible
195   if (   ((fen >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
196       && ((fen >> row) && (row == '3' || row == '6')))
197   {
198       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
199       Color them = opposite_color(sideToMove);
200
201       if (!(attacks_from<PAWN>(st->epSquare, them) & pieces(PAWN, sideToMove)))
202           st->epSquare = SQ_NONE;
203   }
204
205   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
206   fen >> std::skipws >> st->rule50 >> fullMoves;
207
208   // Various initialisations
209   chess960 = isChess960;
210   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(opposite_color(sideToMove));
211
212   st->key = compute_key();
213   st->pawnKey = compute_pawn_key();
214   st->materialKey = compute_material_key();
215   st->value = compute_value();
216   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
217   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
218
219   assert(is_ok());
220 }
221
222
223 /// Position::set_castle() is an helper function used to set
224 /// correct castling related flags.
225
226 void Position::set_castle(int f, Square ksq, Square rsq) {
227
228   st->castleRights |= f;
229   castleRightsMask[ksq] ^= f;
230   castleRightsMask[rsq] ^= f;
231   castleRookSquare[f] = rsq;
232 }
233
234
235 /// Position::set_castling_rights() sets castling parameters castling avaiability.
236 /// This function is compatible with 3 standards: Normal FEN standard, Shredder-FEN
237 /// that uses the letters of the columns on which the rooks began the game instead
238 /// of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960, if an inner Rook is
239 /// associated with the castling right, the traditional castling tag will be replaced
240 /// by the file letter of the involved rook as for the Shredder-FEN.
241
242 void Position::set_castling_rights(char token) {
243
244     Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
245
246     Square sqA = relative_square(c, SQ_A1);
247     Square sqH = relative_square(c, SQ_H1);
248     Square rsq, ksq = king_square(c);
249
250     token = char(toupper(token));
251
252     if (token == 'K')
253         for (rsq = sqH; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq--) {}
254
255     else if (token == 'Q')
256         for (rsq = sqA; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq++) {}
257
258     else if (token >= 'A' && token <= 'H')
259         rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
260
261     else return;
262
263     if (square_file(rsq) < square_file(ksq))
264         set_castle(WHITE_OOO << c, ksq, rsq);
265     else
266         set_castle(WHITE_OO << c, ksq, rsq);
267 }
268
269
270 /// Position::to_fen() returns a FEN representation of the position. In case
271 /// of Chess960 the Shredder-FEN notation is used. Mainly a debugging function.
272
273 const string Position::to_fen() const {
274
275   std::ostringstream fen;
276   Square sq;
277   int emptyCnt;
278
279   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
280   {
281       emptyCnt = 0;
282
283       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
284       {
285           sq = make_square(file, rank);
286
287           if (!square_is_empty(sq))
288           {
289               if (emptyCnt)
290               {
291                   fen << emptyCnt;
292                   emptyCnt = 0;
293               }
294               fen << PieceToChar[piece_on(sq)];
295           }
296           else
297               emptyCnt++;
298       }
299
300       if (emptyCnt)
301           fen << emptyCnt;
302
303       if (rank > RANK_1)
304           fen << '/';
305   }
306
307   fen << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
308
309   if (st->castleRights != CASTLES_NONE)
310   {
311       if (can_castle(WHITE_OO))
312           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(square_file(castle_rook_square(WHITE_OO))))) : 'K');
313
314       if (can_castle(WHITE_OOO))
315           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(square_file(castle_rook_square(WHITE_OOO))))) : 'Q');
316
317       if (can_castle(BLACK_OO))
318           fen << (chess960 ? file_to_char(square_file(castle_rook_square(BLACK_OO))) : 'k');
319
320       if (can_castle(BLACK_OOO))
321           fen << (chess960 ? file_to_char(square_file(castle_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
322   } else
323       fen << '-';
324
325   fen << (ep_square() == SQ_NONE ? " -" : " " + square_to_string(ep_square()))
326       << " " << st->rule50 << " " << fullMoves;
327
328   return fen.str();
329 }
330
331
332 /// Position::print() prints an ASCII representation of the position to
333 /// the standard output. If a move is given then also the san is printed.
334
335 void Position::print(Move move) const {
336
337   const char* dottedLine = "\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
338
339   if (move)
340   {
341       Position p(*this, thread());
342       string dd = (sideToMove == BLACK ? ".." : "");
343       cout << "\nMove is: " << dd << move_to_san(p, move);
344   }
345
346   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
347   {
348       cout << dottedLine << '|';
349       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
350       {
351           Square sq = make_square(file, rank);
352           Piece piece = piece_on(sq);
353
354           if (piece == PIECE_NONE && square_color(sq) == DARK)
355               piece = PIECE_NONE_DARK_SQ;
356
357           char c = (piece_color(piece_on(sq)) == BLACK ? '=' : ' ');
358           cout << c << PieceToChar[piece] << c << '|';
359       }
360   }
361   cout << dottedLine << "Fen is: " << to_fen() << "\nKey is: " << st->key << endl;
362 }
363
364
365 /// Position:hidden_checkers<>() returns a bitboard of all pinned (against the
366 /// king) pieces for the given color. Or, when template parameter FindPinned is
367 /// false, the function return the pieces of the given color candidate for a
368 /// discovery check against the enemy king.
369
370 template<bool FindPinned>
371 Bitboard Position::hidden_checkers() const {
372
373   // Pinned pieces protect our king, dicovery checks attack the enemy king
374   Bitboard b, result = EmptyBoardBB;
375   Bitboard pinners = pieces(FindPinned ? opposite_color(sideToMove) : sideToMove);
376   Square ksq = king_square(FindPinned ? sideToMove : opposite_color(sideToMove));
377
378   // Pinners are sliders, that give check when candidate pinned is removed
379   pinners &=  (pieces(ROOK, QUEEN) & RookPseudoAttacks[ksq])
380             | (pieces(BISHOP, QUEEN) & BishopPseudoAttacks[ksq]);
381
382   while (pinners)
383   {
384       b = squares_between(ksq, pop_1st_bit(&pinners)) & occupied_squares();
385
386       // Only one bit set and is an our piece?
387       if (b && !(b & (b - 1)) && (b & pieces(sideToMove)))
388           result |= b;
389   }
390   return result;
391 }
392
393
394 /// Position:pinned_pieces() returns a bitboard of all pinned (against the
395 /// king) pieces for the side to move.
396
397 Bitboard Position::pinned_pieces() const {
398
399   return hidden_checkers<true>();
400 }
401
402
403 /// Position:discovered_check_candidates() returns a bitboard containing all
404 /// pieces for the side to move which are candidates for giving a discovered
405 /// check.
406
407 Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
408
409   return hidden_checkers<false>();
410 }
411
412 /// Position::attackers_to() computes a bitboard containing all pieces which
413 /// attacks a given square.
414
415 Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
416
417   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
418         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
419         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
420         | (attacks_from<ROOK>(s)        & pieces(ROOK, QUEEN))
421         | (attacks_from<BISHOP>(s)      & pieces(BISHOP, QUEEN))
422         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
423 }
424
425 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occ) const {
426
427   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
428         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
429         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
430         | (rook_attacks_bb(s, occ)      & pieces(ROOK, QUEEN))
431         | (bishop_attacks_bb(s, occ)    & pieces(BISHOP, QUEEN))
432         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
433 }
434
435 /// Position::attacks_from() computes a bitboard of all attacks
436 /// of a given piece put in a given square.
437
438 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s) const {
439
440   assert(square_is_ok(s));
441
442   switch (p)
443   {
444   case WB: case BB: return attacks_from<BISHOP>(s);
445   case WR: case BR: return attacks_from<ROOK>(s);
446   case WQ: case BQ: return attacks_from<QUEEN>(s);
447   default: return StepAttacksBB[p][s];
448   }
449 }
450
451 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ) {
452
453   assert(square_is_ok(s));
454
455   switch (p)
456   {
457   case WB: case BB: return bishop_attacks_bb(s, occ);
458   case WR: case BR: return rook_attacks_bb(s, occ);
459   case WQ: case BQ: return bishop_attacks_bb(s, occ) | rook_attacks_bb(s, occ);
460   default: return StepAttacksBB[p][s];
461   }
462 }
463
464
465 /// Position::move_attacks_square() tests whether a move from the current
466 /// position attacks a given square.
467
468 bool Position::move_attacks_square(Move m, Square s) const {
469
470   assert(move_is_ok(m));
471   assert(square_is_ok(s));
472
473   Bitboard occ, xray;
474   Square f = move_from(m), t = move_to(m);
475
476   assert(!square_is_empty(f));
477
478   if (bit_is_set(attacks_from(piece_on(f), t), s))
479       return true;
480
481   // Move the piece and scan for X-ray attacks behind it
482   occ = occupied_squares();
483   do_move_bb(&occ, make_move_bb(f, t));
484   xray = ( (rook_attacks_bb(s, occ)   & pieces(ROOK, QUEEN))
485           |(bishop_attacks_bb(s, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN)))
486          & pieces(piece_color(piece_on(f)));
487
488   // If we have attacks we need to verify that are caused by our move
489   // and are not already existent ones.
490   return xray && (xray ^ (xray & attacks_from<QUEEN>(s)));
491 }
492
493
494 /// Position::pl_move_is_legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
495
496 bool Position::pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const {
497
498   assert(move_is_ok(m));
499   assert(pinned == pinned_pieces());
500
501   Color us = side_to_move();
502   Square from = move_from(m);
503
504   assert(piece_color(piece_on(from)) == us);
505   assert(piece_on(king_square(us)) == make_piece(us, KING));
506
507   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
508   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
509   // the move is made.
510   if (move_is_ep(m))
511   {
512       Color them = opposite_color(us);
513       Square to = move_to(m);
514       Square capsq = to + pawn_push(them);
515       Square ksq = king_square(us);
516       Bitboard b = occupied_squares();
517
518       assert(to == ep_square());
519       assert(piece_on(from) == make_piece(us, PAWN));
520       assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
521       assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
522
523       clear_bit(&b, from);
524       clear_bit(&b, capsq);
525       set_bit(&b, to);
526
527       return   !(rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, them))
528             && !(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, them));
529   }
530
531   // If the moving piece is a king, check whether the destination
532   // square is attacked by the opponent. Castling moves are checked
533   // for legality during move generation.
534   if (piece_type(piece_on(from)) == KING)
535       return move_is_castle(m) || !(attackers_to(move_to(m)) & pieces(opposite_color(us)));
536
537   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
538   // is moving along the ray towards or away from the king.
539   return   !pinned
540         || !bit_is_set(pinned, from)
541         ||  squares_aligned(from, move_to(m), king_square(us));
542 }
543
544
545 /// Position::move_is_legal() takes a move and tests whether the move
546 /// is legal. This version is not very fast and should be used only
547 /// in non time-critical paths.
548
549 bool Position::move_is_legal(const Move m) const {
550
551   for (MoveList<MV_LEGAL> ml(*this); !ml.end(); ++ml)
552       if (ml.move() == m)
553           return true;
554
555   return false;
556 }
557
558
559 /// Fast version of Position::move_is_pl() that takes a move and a bitboard
560 /// of pinned pieces as input, and tests whether the move is pseudo legal.
561
562 bool Position::move_is_pl(const Move m) const {
563
564   Color us = sideToMove;
565   Color them = opposite_color(sideToMove);
566   Square from = move_from(m);
567   Square to = move_to(m);
568   Piece pc = piece_on(from);
569
570   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
571   if (move_is_special(m))
572       return move_is_legal(m);
573
574   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
575   if (promotion_piece_type(m) - 2 != PIECE_TYPE_NONE)
576       return false;
577
578   // If the from square is not occupied by a piece belonging to the side to
579   // move, the move is obviously not legal.
580   if (pc == PIECE_NONE || piece_color(pc) != us)
581       return false;
582
583   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
584   if (piece_color(piece_on(to)) == us)
585       return false;
586
587   // Handle the special case of a pawn move
588   if (piece_type(pc) == PAWN)
589   {
590       // Move direction must be compatible with pawn color
591       int direction = to - from;
592       if ((us == WHITE) != (direction > 0))
593           return false;
594
595       // We have already handled promotion moves, so destination
596       // cannot be on the 8/1th rank.
597       if (square_rank(to) == RANK_8 || square_rank(to) == RANK_1)
598           return false;
599
600       // Proceed according to the square delta between the origin and
601       // destination squares.
602       switch (direction)
603       {
604       case DELTA_NW:
605       case DELTA_NE:
606       case DELTA_SW:
607       case DELTA_SE:
608       // Capture. The destination square must be occupied by an enemy
609       // piece (en passant captures was handled earlier).
610       if (piece_color(piece_on(to)) != them)
611           return false;
612
613       // From and to files must be one file apart, avoids a7h5
614       if (abs(square_file(from) - square_file(to)) != 1)
615           return false;
616       break;
617
618       case DELTA_N:
619       case DELTA_S:
620       // Pawn push. The destination square must be empty.
621       if (!square_is_empty(to))
622           return false;
623       break;
624
625       case DELTA_NN:
626       // Double white pawn push. The destination square must be on the fourth
627       // rank, and both the destination square and the square between the
628       // source and destination squares must be empty.
629       if (   square_rank(to) != RANK_4
630           || !square_is_empty(to)
631           || !square_is_empty(from + DELTA_N))
632           return false;
633       break;
634
635       case DELTA_SS:
636       // Double black pawn push. The destination square must be on the fifth
637       // rank, and both the destination square and the square between the
638       // source and destination squares must be empty.
639       if (   square_rank(to) != RANK_5
640           || !square_is_empty(to)
641           || !square_is_empty(from + DELTA_S))
642           return false;
643       break;
644
645       default:
646           return false;
647       }
648   }
649   else if (!bit_is_set(attacks_from(pc, from), to))
650       return false;
651
652   if (in_check())
653   {
654       // In case of king moves under check we have to remove king so to catch
655       // as invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
656       if (piece_type(piece_on(from)) == KING)
657       {
658           Bitboard b = occupied_squares();
659           clear_bit(&b, from);
660           if (attackers_to(move_to(m), b) & pieces(opposite_color(us)))
661               return false;
662       }
663       else
664       {
665           Bitboard target = checkers();
666           Square checksq = pop_1st_bit(&target);
667
668           if (target) // double check ? In this case a king move is required
669               return false;
670
671           // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
672           target = squares_between(checksq, king_square(us)) | checkers();
673           if (!bit_is_set(target, move_to(m)))
674               return false;
675       }
676   }
677
678   return true;
679 }
680
681
682 /// Position::move_gives_check() tests whether a pseudo-legal move is a check
683
684 bool Position::move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const {
685
686   assert(move_is_ok(m));
687   assert(ci.dcCandidates == discovered_check_candidates());
688   assert(piece_color(piece_on(move_from(m))) == side_to_move());
689
690   Square from = move_from(m);
691   Square to = move_to(m);
692   PieceType pt = piece_type(piece_on(from));
693
694   // Direct check ?
695   if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
696       return true;
697
698   // Discovery check ?
699   if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
700   {
701       // For pawn and king moves we need to verify also direction
702       if (  (pt != PAWN && pt != KING)
703           || !squares_aligned(from, to, king_square(opposite_color(side_to_move()))))
704           return true;
705   }
706
707   // Can we skip the ugly special cases ?
708   if (!move_is_special(m))
709       return false;
710
711   Color us = side_to_move();
712   Bitboard b = occupied_squares();
713   Square ksq = king_square(opposite_color(us));
714
715   // Promotion with check ?
716   if (move_is_promotion(m))
717   {
718       clear_bit(&b, from);
719
720       switch (promotion_piece_type(m))
721       {
722       case KNIGHT:
723           return bit_is_set(attacks_from<KNIGHT>(to), ksq);
724       case BISHOP:
725           return bit_is_set(bishop_attacks_bb(to, b), ksq);
726       case ROOK:
727           return bit_is_set(rook_attacks_bb(to, b), ksq);
728       case QUEEN:
729           return bit_is_set(queen_attacks_bb(to, b), ksq);
730       default:
731           assert(false);
732       }
733   }
734
735   // En passant capture with check ? We have already handled the case
736   // of direct checks and ordinary discovered check, the only case we
737   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
738   // the captured pawn.
739   if (move_is_ep(m))
740   {
741       Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
742       clear_bit(&b, from);
743       clear_bit(&b, capsq);
744       set_bit(&b, to);
745       return  (rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, us))
746             ||(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
747   }
748
749   // Castling with check ?
750   if (move_is_castle(m))
751   {
752       Square kfrom, kto, rfrom, rto;
753       kfrom = from;
754       rfrom = to;
755
756       if (rfrom > kfrom)
757       {
758           kto = relative_square(us, SQ_G1);
759           rto = relative_square(us, SQ_F1);
760       } else {
761           kto = relative_square(us, SQ_C1);
762           rto = relative_square(us, SQ_D1);
763       }
764       clear_bit(&b, kfrom);
765       clear_bit(&b, rfrom);
766       set_bit(&b, rto);
767       set_bit(&b, kto);
768       return bit_is_set(rook_attacks_bb(rto, b), ksq);
769   }
770
771   return false;
772 }
773
774
775 /// Position::do_setup_move() makes a permanent move on the board. It should
776 /// be used when setting up a position on board. You can't undo the move.
777
778 void Position::do_setup_move(Move m) {
779
780   StateInfo newSt;
781
782   // Update the number of full moves after black's move
783   if (sideToMove == BLACK)
784       fullMoves++;
785
786   do_move(m, newSt);
787
788   // Reset "game ply" in case we made a non-reversible move.
789   // "game ply" is used for repetition detection.
790   if (st->rule50 == 0)
791       st->gamePly = 0;
792
793   // Our StateInfo newSt is about going out of scope so copy
794   // its content before it disappears.
795   detach();
796
797   assert(is_ok());
798 }
799
800
801 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
802 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
803 /// moves should be filtered out before this function is called.
804
805 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
806
807   CheckInfo ci(*this);
808   do_move(m, newSt, ci, move_gives_check(m, ci));
809 }
810
811 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck) {
812
813   assert(move_is_ok(m));
814   assert(&newSt != st);
815
816   nodes++;
817   Key key = st->key;
818
819   // Copy some fields of old state to our new StateInfo object except the
820   // ones which are recalculated from scratch anyway, then switch our state
821   // pointer to point to the new, ready to be updated, state.
822   struct ReducedStateInfo {
823     Key pawnKey, materialKey;
824     int castleRights, rule50, gamePly, pliesFromNull;
825     Square epSquare;
826     Score value;
827     Value npMaterial[2];
828   };
829
830   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
831
832   newSt.previous = st;
833   st = &newSt;
834
835   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
836   // detect repetition draws.
837   history[st->gamePly++] = key;
838
839   // Update side to move
840   key ^= zobSideToMove;
841
842   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
843   // case of non-reversible moves is taken care of later.
844   st->rule50++;
845   st->pliesFromNull++;
846
847   if (move_is_castle(m))
848   {
849       st->key = key;
850       do_castle_move(m);
851       return;
852   }
853
854   Color us = side_to_move();
855   Color them = opposite_color(us);
856   Square from = move_from(m);
857   Square to = move_to(m);
858   bool ep = move_is_ep(m);
859   bool pm = move_is_promotion(m);
860
861   Piece piece = piece_on(from);
862   PieceType pt = piece_type(piece);
863   PieceType capture = ep ? PAWN : piece_type(piece_on(to));
864
865   assert(piece_color(piece_on(from)) == us);
866   assert(piece_color(piece_on(to)) == them || square_is_empty(to));
867   assert(!(ep || pm) || piece == make_piece(us, PAWN));
868   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
869
870   if (capture)
871       do_capture_move(key, capture, them, to, ep);
872
873   // Update hash key
874   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
875
876   // Reset en passant square
877   if (st->epSquare != SQ_NONE)
878   {
879       key ^= zobEp[st->epSquare];
880       st->epSquare = SQ_NONE;
881   }
882
883   // Update castle rights if needed
884   if (    st->castleRights != CASTLES_NONE
885       && (castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to]) != ALL_CASTLES)
886   {
887       key ^= zobCastle[st->castleRights];
888       st->castleRights &= castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
889       key ^= zobCastle[st->castleRights];
890   }
891
892   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
893   prefetch((char*)TT.first_entry(key));
894
895   // Move the piece
896   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
897   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
898   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
899   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
900
901   board[to] = board[from];
902   board[from] = PIECE_NONE;
903
904   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
905   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
906   // by known occupied squares.
907   index[to] = index[from];
908   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
909
910   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
911   if (pt == PAWN)
912   {
913       // Reset rule 50 draw counter
914       st->rule50 = 0;
915
916       // Update pawn hash key and prefetch in L1/L2 cache
917       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
918
919       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
920       if ((to ^ from) == 16)
921       {
922           if (attacks_from<PAWN>(from + pawn_push(us), us) & pieces(PAWN, them))
923           {
924               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
925               key ^= zobEp[st->epSquare];
926           }
927       }
928
929       if (pm) // promotion ?
930       {
931           PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
932
933           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
934
935           // Insert promoted piece instead of pawn
936           clear_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
937           set_bit(&byTypeBB[promotion], to);
938           board[to] = make_piece(us, promotion);
939
940           // Update piece counts
941           pieceCount[us][promotion]++;
942           pieceCount[us][PAWN]--;
943
944           // Update material key
945           st->materialKey ^= zobrist[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
946           st->materialKey ^= zobrist[us][promotion][pieceCount[us][promotion]-1];
947
948           // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
949           // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
950           Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
951           index[lastPawnSquare] = index[to];
952           pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
953           pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
954           index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
955           pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
956
957           // Partially revert hash keys update
958           key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
959           st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
960
961           // Partially revert and update incremental scores
962           st->value -= pst(make_piece(us, PAWN), to);
963           st->value += pst(make_piece(us, promotion), to);
964
965           // Update material
966           st->npMaterial[us] += PieceValueMidgame[promotion];
967       }
968   }
969
970   // Prefetch pawn and material hash tables
971   Threads[threadID].pawnTable.prefetch(st->pawnKey);
972   Threads[threadID].materialTable.prefetch(st->materialKey);
973
974   // Update incremental scores
975   st->value += pst_delta(piece, from, to);
976
977   // Set capture piece
978   st->capturedType = capture;
979
980   // Update the key with the final value
981   st->key = key;
982
983   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
984   st->checkersBB = EmptyBoardBB;
985
986   if (moveIsCheck)
987   {
988       if (ep | pm)
989           st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
990       else
991       {
992           // Direct checks
993           if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
994               st->checkersBB = SetMaskBB[to];
995
996           // Discovery checks
997           if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
998           {
999               if (pt != ROOK)
1000                   st->checkersBB |= (attacks_from<ROOK>(king_square(them)) & pieces(ROOK, QUEEN, us));
1001
1002               if (pt != BISHOP)
1003                   st->checkersBB |= (attacks_from<BISHOP>(king_square(them)) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
1004           }
1005       }
1006   }
1007
1008   // Finish
1009   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1010   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1011
1012   assert(is_ok());
1013 }
1014
1015
1016 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
1017 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
1018
1019 void Position::do_capture_move(Key& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
1020
1021     assert(capture != KING);
1022
1023     Square capsq = to;
1024
1025     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key,
1026     // otherwise update non-pawn material.
1027     if (capture == PAWN)
1028     {
1029         if (ep) // en passant ?
1030         {
1031             capsq = to + pawn_push(them);
1032
1033             assert(to == st->epSquare);
1034             assert(relative_rank(opposite_color(them), to) == RANK_6);
1035             assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
1036             assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
1037
1038             board[capsq] = PIECE_NONE;
1039         }
1040         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
1041     }
1042     else
1043         st->npMaterial[them] -= PieceValueMidgame[capture];
1044
1045     // Remove captured piece
1046     clear_bit(&byColorBB[them], capsq);
1047     clear_bit(&byTypeBB[capture], capsq);
1048     clear_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1049
1050     // Update hash key
1051     key ^= zobrist[them][capture][capsq];
1052
1053     // Update incremental scores
1054     st->value -= pst(make_piece(them, capture), capsq);
1055
1056     // Update piece count
1057     pieceCount[them][capture]--;
1058
1059     // Update material hash key
1060     st->materialKey ^= zobrist[them][capture][pieceCount[them][capture]];
1061
1062     // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
1063     //
1064     // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
1065     // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
1066     // at the end of the list and not in its original place, it means
1067     // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
1068     // do_move() + undo_move() sequence.
1069     Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
1070     index[lastPieceSquare] = index[capsq];
1071     pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
1072     pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
1073
1074     // Reset rule 50 counter
1075     st->rule50 = 0;
1076 }
1077
1078
1079 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
1080 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
1081 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1082 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1083
1084 void Position::do_castle_move(Move m) {
1085
1086   assert(move_is_ok(m));
1087   assert(move_is_castle(m));
1088
1089   Color us = side_to_move();
1090   Color them = opposite_color(us);
1091
1092   // Find source squares for king and rook
1093   Square kfrom = move_from(m);
1094   Square rfrom = move_to(m);
1095   Square kto, rto;
1096
1097   assert(piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
1098   assert(piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
1099
1100   // Find destination squares for king and rook
1101   if (rfrom > kfrom) // O-O
1102   {
1103       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1104       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1105   }
1106   else // O-O-O
1107   {
1108       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1109       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1110   }
1111
1112   // Remove pieces from source squares
1113   clear_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1114   clear_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1115   clear_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1116   clear_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1117   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1118   clear_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1119
1120   // Put pieces on destination squares
1121   set_bit(&byColorBB[us], kto);
1122   set_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1123   set_bit(&byTypeBB[0], kto);
1124   set_bit(&byColorBB[us], rto);
1125   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1126   set_bit(&byTypeBB[0], rto);
1127
1128   // Update board
1129   Piece king = make_piece(us, KING);
1130   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1131   board[kfrom] = board[rfrom] = PIECE_NONE;
1132   board[kto] = king;
1133   board[rto] = rook;
1134
1135   // Update piece lists
1136   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1137   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1138   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be kto == rfrom
1139   index[kto] = index[kfrom];
1140   index[rto] = tmp;
1141
1142   // Reset capture field
1143   st->capturedType = PIECE_TYPE_NONE;
1144
1145   // Update incremental scores
1146   st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1147   st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1148
1149   // Update hash key
1150   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1151   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1152
1153   // Clear en passant square
1154   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1155   {
1156       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1157       st->epSquare = SQ_NONE;
1158   }
1159
1160   // Update castling rights
1161   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1162   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1163   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1164
1165   // Reset rule 50 counter
1166   st->rule50 = 0;
1167
1168   // Update checkers BB
1169   st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
1170
1171   // Finish
1172   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1173   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1174
1175   assert(is_ok());
1176 }
1177
1178
1179 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1180 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1181
1182 void Position::undo_move(Move m) {
1183
1184   assert(move_is_ok(m));
1185
1186   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1187
1188   if (move_is_castle(m))
1189   {
1190       undo_castle_move(m);
1191       return;
1192   }
1193
1194   Color us = side_to_move();
1195   Color them = opposite_color(us);
1196   Square from = move_from(m);
1197   Square to = move_to(m);
1198   bool ep = move_is_ep(m);
1199   bool pm = move_is_promotion(m);
1200
1201   PieceType pt = piece_type(piece_on(to));
1202
1203   assert(square_is_empty(from));
1204   assert(piece_color(piece_on(to)) == us);
1205   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1206   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1207   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1208   assert(!ep || piece_on(to) == make_piece(us, PAWN));
1209
1210   if (pm) // promotion ?
1211   {
1212       PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
1213       pt = PAWN;
1214
1215       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1216       assert(piece_on(to) == make_piece(us, promotion));
1217
1218       // Replace promoted piece with a pawn
1219       clear_bit(&byTypeBB[promotion], to);
1220       set_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
1221
1222       // Update piece counts
1223       pieceCount[us][promotion]--;
1224       pieceCount[us][PAWN]++;
1225
1226       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1227       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1228       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1229       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1230       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1231       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1232       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1233   }
1234
1235   // Put the piece back at the source square
1236   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1237   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
1238   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
1239   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1240
1241   board[from] = make_piece(us, pt);
1242   board[to] = PIECE_NONE;
1243
1244   // Update piece list
1245   index[from] = index[to];
1246   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1247
1248   if (st->capturedType)
1249   {
1250       Square capsq = to;
1251
1252       if (ep)
1253           capsq = to - pawn_push(us);
1254
1255       assert(st->capturedType != KING);
1256       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1257
1258       // Restore the captured piece
1259       set_bit(&byColorBB[them], capsq);
1260       set_bit(&byTypeBB[st->capturedType], capsq);
1261       set_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1262
1263       board[capsq] = make_piece(them, st->capturedType);
1264
1265       // Update piece count
1266       pieceCount[them][st->capturedType]++;
1267
1268       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1269       index[capsq] = pieceCount[them][st->capturedType] - 1;
1270       pieceList[them][st->capturedType][index[capsq]] = capsq;
1271   }
1272
1273   // Finally point our state pointer back to the previous state
1274   st = st->previous;
1275
1276   assert(is_ok());
1277 }
1278
1279
1280 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1281 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1282 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1283 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1284
1285 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1286
1287   assert(move_is_ok(m));
1288   assert(move_is_castle(m));
1289
1290   // When we have arrived here, some work has already been done by
1291   // Position::undo_move. In particular, the side to move has been switched,
1292   // so the code below is correct.
1293   Color us = side_to_move();
1294
1295   // Find source squares for king and rook
1296   Square kfrom = move_from(m);
1297   Square rfrom = move_to(m);
1298   Square kto, rto;
1299
1300   // Find destination squares for king and rook
1301   if (rfrom > kfrom) // O-O
1302   {
1303       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1304       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1305   }
1306   else // O-O-O
1307   {
1308       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1309       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1310   }
1311
1312   assert(piece_on(kto) == make_piece(us, KING));
1313   assert(piece_on(rto) == make_piece(us, ROOK));
1314
1315   // Remove pieces from destination squares
1316   clear_bit(&byColorBB[us], kto);
1317   clear_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1318   clear_bit(&byTypeBB[0], kto);
1319   clear_bit(&byColorBB[us], rto);
1320   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1321   clear_bit(&byTypeBB[0], rto);
1322
1323   // Put pieces on source squares
1324   set_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1325   set_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1326   set_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1327   set_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1328   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1329   set_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1330
1331   // Update board
1332   Piece king = make_piece(us, KING);
1333   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1334   board[kto] = board[rto] = PIECE_NONE;
1335   board[kfrom] = king;
1336   board[rfrom] = rook;
1337
1338   // Update piece lists
1339   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1340   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1341   int tmp = index[rto];  // In Chess960 could be rto == kfrom
1342   index[kfrom] = index[kto];
1343   index[rfrom] = tmp;
1344
1345   // Finally point our state pointer back to the previous state
1346   st = st->previous;
1347
1348   assert(is_ok());
1349 }
1350
1351
1352 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1353 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1354
1355 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1356
1357   assert(!in_check());
1358
1359   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1360   // StateInfo object.
1361   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1362   // a backup storage not as a new state to be used.
1363   backupSt.key      = st->key;
1364   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1365   backupSt.value    = st->value;
1366   backupSt.previous = st->previous;
1367   backupSt.pliesFromNull = st->pliesFromNull;
1368   st->previous = &backupSt;
1369
1370   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
1371   // detect repetition draws.
1372   history[st->gamePly++] = st->key;
1373
1374   // Update the necessary information
1375   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1376       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1377
1378   st->key ^= zobSideToMove;
1379   prefetch((char*)TT.first_entry(st->key));
1380
1381   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1382   st->epSquare = SQ_NONE;
1383   st->rule50++;
1384   st->pliesFromNull = 0;
1385   st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1386
1387   assert(is_ok());
1388 }
1389
1390
1391 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1392
1393 void Position::undo_null_move() {
1394
1395   assert(!in_check());
1396
1397   // Restore information from the our backup StateInfo object
1398   StateInfo* backupSt = st->previous;
1399   st->key      = backupSt->key;
1400   st->epSquare = backupSt->epSquare;
1401   st->value    = backupSt->value;
1402   st->previous = backupSt->previous;
1403   st->pliesFromNull = backupSt->pliesFromNull;
1404
1405   // Update the necessary information
1406   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1407   st->rule50--;
1408   st->gamePly--;
1409
1410   assert(is_ok());
1411 }
1412
1413
1414 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1415 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1416 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1417 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1418 /// not yet understand promotions captures.
1419
1420 int Position::see_sign(Move m) const {
1421
1422   assert(move_is_ok(m));
1423
1424   Square from = move_from(m);
1425   Square to = move_to(m);
1426
1427   // Early return if SEE cannot be negative because captured piece value
1428   // is not less then capturing one. Note that king moves always return
1429   // here because king midgame value is set to 0.
1430   if (piece_value_midgame(piece_on(to)) >= piece_value_midgame(piece_on(from)))
1431       return 1;
1432
1433   return see(m);
1434 }
1435
1436 int Position::see(Move m) const {
1437
1438   Square from, to;
1439   Bitboard occupied, attackers, stmAttackers, b;
1440   int swapList[32], slIndex = 1;
1441   PieceType capturedType, pt;
1442   Color stm;
1443
1444   assert(move_is_ok(m));
1445
1446   // As castle moves are implemented as capturing the rook, they have
1447   // SEE == RookValueMidgame most of the times (unless the rook is under
1448   // attack).
1449   if (move_is_castle(m))
1450       return 0;
1451
1452   from = move_from(m);
1453   to = move_to(m);
1454   capturedType = piece_type(piece_on(to));
1455   occupied = occupied_squares();
1456
1457   // Handle en passant moves
1458   if (st->epSquare == to && piece_type(piece_on(from)) == PAWN)
1459   {
1460       Square capQq = to - pawn_push(side_to_move());
1461
1462       assert(capturedType == PIECE_TYPE_NONE);
1463       assert(piece_type(piece_on(capQq)) == PAWN);
1464
1465       // Remove the captured pawn
1466       clear_bit(&occupied, capQq);
1467       capturedType = PAWN;
1468   }
1469
1470   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1471   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1472   clear_bit(&occupied, from);
1473   attackers = attackers_to(to, occupied);
1474
1475   // If the opponent has no attackers we are finished
1476   stm = opposite_color(piece_color(piece_on(from)));
1477   stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1478   if (!stmAttackers)
1479       return PieceValueMidgame[capturedType];
1480
1481   // The destination square is defended, which makes things rather more
1482   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1483   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1484   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1485   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1486   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1487   swapList[0] = PieceValueMidgame[capturedType];
1488   capturedType = piece_type(piece_on(from));
1489
1490   do {
1491       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1492       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1493       // that the side to move still has at least one attacker left.
1494       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1495           assert(pt < KING);
1496
1497       // Remove the attacker we just found from the 'occupied' bitboard,
1498       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1499       b = stmAttackers & pieces(pt);
1500       occupied ^= (b & (~b + 1));
1501       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occupied)   & pieces(ROOK, QUEEN))
1502                   | (bishop_attacks_bb(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1503
1504       attackers &= occupied; // Cut out pieces we've already done
1505
1506       // Add the new entry to the swap list
1507       assert(slIndex < 32);
1508       swapList[slIndex] = -swapList[slIndex - 1] + PieceValueMidgame[capturedType];
1509       slIndex++;
1510
1511       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to
1512       // move before beginning the next iteration.
1513       capturedType = pt;
1514       stm = opposite_color(stm);
1515       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1516
1517       // Stop before processing a king capture
1518       if (capturedType == KING && stmAttackers)
1519       {
1520           assert(slIndex < 32);
1521           swapList[slIndex++] = QueenValueMidgame*10;
1522           break;
1523       }
1524   } while (stmAttackers);
1525
1526   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1527   // achievable score from the point of view of the side to move.
1528   while (--slIndex)
1529       swapList[slIndex-1] = Min(-swapList[slIndex], swapList[slIndex-1]);
1530
1531   return swapList[0];
1532 }
1533
1534
1535 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1536 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1537
1538 void Position::clear() {
1539
1540   st = &startState;
1541   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1542   st->epSquare = SQ_NONE;
1543
1544   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1545   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1546   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1547   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1548
1549   for (int i = 0; i < 8; i++)
1550       for (int j = 0; j < 16; j++)
1551           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1552
1553   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1554   {
1555       board[sq] = PIECE_NONE;
1556       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1557   }
1558   sideToMove = WHITE;
1559   fullMoves = 1;
1560   nodes = 0;
1561 }
1562
1563
1564 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1565 /// updating the board array, pieces list, bitboards, and piece counts.
1566
1567 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1568
1569   Color c = piece_color(p);
1570   PieceType pt = piece_type(p);
1571
1572   board[s] = p;
1573   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
1574   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1575
1576   set_bit(&byTypeBB[pt], s);
1577   set_bit(&byColorBB[c], s);
1578   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1579 }
1580
1581
1582 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1583 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1584 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1585 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1586
1587 Key Position::compute_key() const {
1588
1589   Key result = zobCastle[st->castleRights];
1590
1591   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1592       if (!square_is_empty(s))
1593           result ^= zobrist[piece_color(piece_on(s))][piece_type(piece_on(s))][s];
1594
1595   if (ep_square() != SQ_NONE)
1596       result ^= zobEp[ep_square()];
1597
1598   if (side_to_move() == BLACK)
1599       result ^= zobSideToMove;
1600
1601   return result;
1602 }
1603
1604
1605 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1606 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1607 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1608 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1609 /// debug mode.
1610
1611 Key Position::compute_pawn_key() const {
1612
1613   Bitboard b;
1614   Key result = 0;
1615
1616   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1617   {
1618       b = pieces(PAWN, c);
1619       while (b)
1620           result ^= zobrist[c][PAWN][pop_1st_bit(&b)];
1621   }
1622   return result;
1623 }
1624
1625
1626 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1627 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1628 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1629 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1630 /// debug mode.
1631
1632 Key Position::compute_material_key() const {
1633
1634   Key result = 0;
1635
1636   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1637       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1638           for (int i = 0, cnt = piece_count(c, pt); i < cnt; i++)
1639               result ^= zobrist[c][pt][i];
1640
1641   return result;
1642 }
1643
1644
1645 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1646 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1647 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1648 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1649 Score Position::compute_value() const {
1650
1651   Bitboard b;
1652   Score result = SCORE_ZERO;
1653
1654   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1655       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1656       {
1657           b = pieces(pt, c);
1658           while (b)
1659               result += pst(make_piece(c, pt), pop_1st_bit(&b));
1660       }
1661
1662   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1663   return result;
1664 }
1665
1666
1667 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1668 /// game material value for the given side. Material values are updated
1669 /// incrementally during the search, this function is only used while
1670 /// initializing a new Position object.
1671
1672 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1673
1674   Value result = VALUE_ZERO;
1675
1676   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1677       result += piece_count(c, pt) * PieceValueMidgame[pt];
1678
1679   return result;
1680 }
1681
1682
1683 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1684 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1685 /// must be done by the search.
1686 template<bool SkipRepetition>
1687 bool Position::is_draw() const {
1688
1689   // Draw by material?
1690   if (   !pieces(PAWN)
1691       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1692       return true;
1693
1694   // Draw by the 50 moves rule?
1695   if (st->rule50 > 99 && !is_mate())
1696       return true;
1697
1698   // Draw by repetition?
1699   if (!SkipRepetition)
1700       for (int i = 4, e = Min(Min(st->gamePly, st->rule50), st->pliesFromNull); i <= e; i += 2)
1701           if (history[st->gamePly - i] == st->key)
1702               return true;
1703
1704   return false;
1705 }
1706
1707 // Explicit template instantiations
1708 template bool Position::is_draw<false>() const;
1709 template bool Position::is_draw<true>() const;
1710
1711
1712 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1713 /// side to move is checkmated.
1714
1715 bool Position::is_mate() const {
1716
1717   return in_check() && !MoveList<MV_LEGAL>(*this).size();
1718 }
1719
1720
1721 /// Position::init() is a static member function which initializes at
1722 /// startup the various arrays used to compute hash keys and the piece
1723 /// square tables. The latter is a two-step operation: First, the white
1724 /// halves of the tables are copied from the MgPST[][] and EgPST[][] arrays.
1725 /// Second, the black halves of the tables are initialized by mirroring
1726 /// and changing the sign of the corresponding white scores.
1727
1728 void Position::init() {
1729
1730   RKISS rk;
1731
1732   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1733       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1734           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1735               zobrist[c][pt][s] = rk.rand<Key>();
1736
1737   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1738       zobEp[s] = rk.rand<Key>();
1739
1740   for (int i = 0; i < 16; i++)
1741       zobCastle[i] = rk.rand<Key>();
1742
1743   zobSideToMove = rk.rand<Key>();
1744   zobExclusion  = rk.rand<Key>();
1745
1746   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1747       for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1748           pieceSquareTable[p][s] = make_score(MgPST[p][s], EgPST[p][s]);
1749
1750   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1751       for (Piece p = BP; p <= BK; p++)
1752           pieceSquareTable[p][s] = -pieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1753 }
1754
1755
1756 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
1757 /// is only useful for debugging especially for finding evaluation symmetry bugs.
1758
1759 void Position::flip() {
1760
1761   // Make a copy of current position before to start changing
1762   const Position pos(*this, threadID);
1763
1764   clear();
1765   threadID = pos.thread();
1766
1767   // Board
1768   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1769       if (!pos.square_is_empty(s))
1770           put_piece(Piece(pos.piece_on(s) ^ 8), flip_square(s));
1771
1772   // Side to move
1773   sideToMove = opposite_color(pos.side_to_move());
1774
1775   // Castling rights
1776   if (pos.can_castle(WHITE_OO))
1777       set_castle(BLACK_OO,  king_square(BLACK), flip_square(pos.castle_rook_square(WHITE_OO)));
1778   if (pos.can_castle(WHITE_OOO))
1779       set_castle(BLACK_OOO, king_square(BLACK), flip_square(pos.castle_rook_square(WHITE_OOO)));
1780   if (pos.can_castle(BLACK_OO))
1781       set_castle(WHITE_OO,  king_square(WHITE), flip_square(pos.castle_rook_square(BLACK_OO)));
1782   if (pos.can_castle(BLACK_OOO))
1783       set_castle(WHITE_OOO, king_square(WHITE), flip_square(pos.castle_rook_square(BLACK_OOO)));
1784
1785   // En passant square
1786   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1787       st->epSquare = flip_square(pos.st->epSquare);
1788
1789   // Checkers
1790   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(opposite_color(sideToMove));
1791
1792   // Hash keys
1793   st->key = compute_key();
1794   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1795   st->materialKey = compute_material_key();
1796
1797   // Incremental scores
1798   st->value = compute_value();
1799
1800   // Material
1801   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1802   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1803
1804   assert(is_ok());
1805 }
1806
1807
1808 /// Position::is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1809 /// This is meant to be helpful when debugging.
1810
1811 bool Position::is_ok(int* failedStep) const {
1812
1813   // What features of the position should be verified?
1814   const bool debugAll = false;
1815
1816   const bool debugBitboards       = debugAll || false;
1817   const bool debugKingCount       = debugAll || false;
1818   const bool debugKingCapture     = debugAll || false;
1819   const bool debugCheckerCount    = debugAll || false;
1820   const bool debugKey             = debugAll || false;
1821   const bool debugMaterialKey     = debugAll || false;
1822   const bool debugPawnKey         = debugAll || false;
1823   const bool debugIncrementalEval = debugAll || false;
1824   const bool debugNonPawnMaterial = debugAll || false;
1825   const bool debugPieceCounts     = debugAll || false;
1826   const bool debugPieceList       = debugAll || false;
1827   const bool debugCastleSquares   = debugAll || false;
1828
1829   if (failedStep) *failedStep = 1;
1830
1831   // Side to move OK?
1832   if (side_to_move() != WHITE && side_to_move() != BLACK)
1833       return false;
1834
1835   // Are the king squares in the position correct?
1836   if (failedStep) (*failedStep)++;
1837   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1838       return false;
1839
1840   if (failedStep) (*failedStep)++;
1841   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1842       return false;
1843
1844   // Do both sides have exactly one king?
1845   if (failedStep) (*failedStep)++;
1846   if (debugKingCount)
1847   {
1848       int kingCount[2] = {0, 0};
1849       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1850           if (piece_type(piece_on(s)) == KING)
1851               kingCount[piece_color(piece_on(s))]++;
1852
1853       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1854           return false;
1855   }
1856
1857   // Can the side to move capture the opponent's king?
1858   if (failedStep) (*failedStep)++;
1859   if (debugKingCapture)
1860   {
1861       Color us = side_to_move();
1862       Color them = opposite_color(us);
1863       Square ksq = king_square(them);
1864       if (attackers_to(ksq) & pieces(us))
1865           return false;
1866   }
1867
1868   // Is there more than 2 checkers?
1869   if (failedStep) (*failedStep)++;
1870   if (debugCheckerCount && count_1s<CNT32>(st->checkersBB) > 2)
1871       return false;
1872
1873   // Bitboards OK?
1874   if (failedStep) (*failedStep)++;
1875   if (debugBitboards)
1876   {
1877       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1878       if ((pieces(WHITE) & pieces(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1879           return false;
1880
1881       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1882       // occupied squares
1883       if ((pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != occupied_squares())
1884           return false;
1885
1886       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1887       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1888           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1889               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1890                   return false;
1891   }
1892
1893   // En passant square OK?
1894   if (failedStep) (*failedStep)++;
1895   if (ep_square() != SQ_NONE)
1896   {
1897       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1898       // side to move.
1899       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1900           return false;
1901   }
1902
1903   // Hash key OK?
1904   if (failedStep) (*failedStep)++;
1905   if (debugKey && st->key != compute_key())
1906       return false;
1907
1908   // Pawn hash key OK?
1909   if (failedStep) (*failedStep)++;
1910   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1911       return false;
1912
1913   // Material hash key OK?
1914   if (failedStep) (*failedStep)++;
1915   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1916       return false;
1917
1918   // Incremental eval OK?
1919   if (failedStep) (*failedStep)++;
1920   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1921       return false;
1922
1923   // Non-pawn material OK?
1924   if (failedStep) (*failedStep)++;
1925   if (debugNonPawnMaterial)
1926   {
1927       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1928           return false;
1929
1930       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1931           return false;
1932   }
1933
1934   // Piece counts OK?
1935   if (failedStep) (*failedStep)++;
1936   if (debugPieceCounts)
1937       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1938           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1939               if (pieceCount[c][pt] != count_1s<CNT32>(pieces(pt, c)))
1940                   return false;
1941
1942   if (failedStep) (*failedStep)++;
1943   if (debugPieceList)
1944       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1945           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1946               for (int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1947               {
1948                   if (piece_on(piece_list(c, pt)[i]) != make_piece(c, pt))
1949                       return false;
1950
1951                   if (index[piece_list(c, pt)[i]] != i)
1952                       return false;
1953               }
1954
1955   if (failedStep) (*failedStep)++;
1956   if (debugCastleSquares)
1957       for (CastleRight f = WHITE_OO; f <= BLACK_OOO; f = CastleRight(f << 1))
1958       {
1959           if (!can_castle(f))
1960               continue;
1961
1962           Piece rook = (f & (WHITE_OO | WHITE_OOO) ? WR : BR);
1963
1964           if (   castleRightsMask[castleRookSquare[f]] != (ALL_CASTLES ^ f)
1965               || piece_on(castleRookSquare[f]) != rook)
1966               return false;
1967       }
1968
1969   if (failedStep) *failedStep = 0;
1970   return true;
1971 }