Small update_checkers() cleanup
[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) 2008-2009 Marco Costalba
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
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cstring>
27 #include <fstream>
28 #include <iostream>
29
30 #include "bitcount.h"
31 #include "mersenne.h"
32 #include "movegen.h"
33 #include "movepick.h"
34 #include "position.h"
35 #include "psqtab.h"
36 #include "san.h"
37 #include "tt.h"
38 #include "ucioption.h"
39
40 using std::string;
41
42
43 ////
44 //// Variables
45 ////
46
47 int Position::castleRightsMask[64];
48
49 Key Position::zobrist[2][8][64];
50 Key Position::zobEp[64];
51 Key Position::zobCastle[16];
52 Key Position::zobMaterial[2][8][16];
53 Key Position::zobSideToMove;
54
55 Score Position::PieceSquareTable[16][64];
56
57 static bool RequestPending = false;
58
59
60 /// Constructors
61
62 CheckInfo::CheckInfo(const Position& pos) {
63
64   Color us = pos.side_to_move();
65   Color them = opposite_color(us);
66
67   ksq = pos.king_square(them);
68   dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(us);
69
70   checkSq[PAWN] = pos.attacks_from<PAWN>(ksq, them);
71   checkSq[KNIGHT] = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq);
72   checkSq[BISHOP] = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
73   checkSq[ROOK] = pos.attacks_from<ROOK>(ksq);
74   checkSq[QUEEN] = checkSq[BISHOP] | checkSq[ROOK];
75   checkSq[KING] = EmptyBoardBB;
76 }
77
78 Position::Position(const Position& pos) {
79   copy(pos);
80 }
81
82 Position::Position(const string& fen) {
83   from_fen(fen);
84 }
85
86
87 /// Position::from_fen() initializes the position object with the given FEN
88 /// string. This function is not very robust - make sure that input FENs are
89 /// correct (this is assumed to be the responsibility of the GUI).
90
91 void Position::from_fen(const string& fen) {
92
93   static const string pieceLetters = "KQRBNPkqrbnp";
94   static const Piece pieces[] = { WK, WQ, WR, WB, WN, WP, BK, BQ, BR, BB, BN, BP };
95
96   clear();
97
98   // Board
99   Rank rank = RANK_8;
100   File file = FILE_A;
101   size_t i = 0;
102   for ( ; fen[i] != ' '; i++)
103   {
104       if (isdigit(fen[i]))
105       {
106           // Skip the given number of files
107           file += (fen[i] - '1' + 1);
108           continue;
109       }
110       else if (fen[i] == '/')
111       {
112           file = FILE_A;
113           rank--;
114           continue;
115       }
116       size_t idx = pieceLetters.find(fen[i]);
117       if (idx == string::npos)
118       {
119            std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
120            return;
121       }
122       Square square = make_square(file, rank);
123       put_piece(pieces[idx], square);
124       file++;
125   }
126
127   // Side to move
128   i++;
129   if (fen[i] != 'w' && fen[i] != 'b')
130   {
131       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
132       return;
133   }
134   sideToMove = (fen[i] == 'w' ? WHITE : BLACK);
135
136   // Castling rights
137   i++;
138   if (fen[i] != ' ')
139   {
140       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
141       return;
142   }
143
144   i++;
145   while(strchr("KQkqabcdefghABCDEFGH-", fen[i])) {
146     if (fen[i] == '-')
147     {
148       i++;
149       break;
150     }
151     else if(fen[i] == 'K') allow_oo(WHITE);
152     else if(fen[i] == 'Q') allow_ooo(WHITE);
153     else if(fen[i] == 'k') allow_oo(BLACK);
154     else if(fen[i] == 'q') allow_ooo(BLACK);
155     else if(fen[i] >= 'A' && fen[i] <= 'H') {
156       File rookFile, kingFile = FILE_NONE;
157       for(Square square = SQ_B1; square <= SQ_G1; square++)
158         if(piece_on(square) == WK)
159           kingFile = square_file(square);
160       if(kingFile == FILE_NONE) {
161         std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
162         return;
163       }
164       initialKFile = kingFile;
165       rookFile = File(fen[i] - 'A') + FILE_A;
166       if(rookFile < initialKFile) {
167         allow_ooo(WHITE);
168         initialQRFile = rookFile;
169       }
170       else {
171         allow_oo(WHITE);
172         initialKRFile = rookFile;
173       }
174     }
175     else if(fen[i] >= 'a' && fen[i] <= 'h') {
176       File rookFile, kingFile = FILE_NONE;
177       for(Square square = SQ_B8; square <= SQ_G8; square++)
178         if(piece_on(square) == BK)
179           kingFile = square_file(square);
180       if(kingFile == FILE_NONE) {
181         std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
182         return;
183       }
184       initialKFile = kingFile;
185       rookFile = File(fen[i] - 'a') + FILE_A;
186       if(rookFile < initialKFile) {
187         allow_ooo(BLACK);
188         initialQRFile = rookFile;
189       }
190       else {
191         allow_oo(BLACK);
192         initialKRFile = rookFile;
193       }
194     }
195     else {
196       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
197       return;
198     }
199     i++;
200   }
201
202   // Skip blanks
203   while (fen[i] == ' ')
204       i++;
205
206   // En passant square
207   if (    i <= fen.length() - 2
208       && (fen[i] >= 'a' && fen[i] <= 'h')
209       && (fen[i+1] == '3' || fen[i+1] == '6'))
210       st->epSquare = square_from_string(fen.substr(i, 2));
211
212   // Various initialisation
213   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
214       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
215
216   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_1)] ^= (WHITE_OO|WHITE_OOO);
217   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_8)] ^= (BLACK_OO|BLACK_OOO);
218   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_1)] ^= WHITE_OO;
219   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_8)] ^= BLACK_OO;
220   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_1)] ^= WHITE_OOO;
221   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_8)] ^= BLACK_OOO;
222
223   find_checkers();
224
225   st->key = compute_key();
226   st->pawnKey = compute_pawn_key();
227   st->materialKey = compute_material_key();
228   st->value = compute_value();
229   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
230   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
231 }
232
233
234 /// Position::to_fen() converts the position object to a FEN string. This is
235 /// probably only useful for debugging.
236
237 const string Position::to_fen() const {
238
239   static const string pieceLetters = " PNBRQK  pnbrqk";
240   string fen;
241   int skip;
242
243   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
244   {
245       skip = 0;
246       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
247       {
248           Square sq = make_square(file, rank);
249           if (!square_is_occupied(sq))
250           {   skip++;
251               continue;
252           }
253           if (skip > 0)
254           {
255               fen += (char)skip + '0';
256               skip = 0;
257           }
258           fen += pieceLetters[piece_on(sq)];
259       }
260       if (skip > 0)
261           fen += (char)skip + '0';
262
263       fen += (rank > RANK_1 ? '/' : ' ');
264   }
265   fen += (sideToMove == WHITE ? "w " : "b ");
266   if (st->castleRights != NO_CASTLES)
267   {
268     if (can_castle_kingside(WHITE))  fen += 'K';
269     if (can_castle_queenside(WHITE)) fen += 'Q';
270     if (can_castle_kingside(BLACK))  fen += 'k';
271     if (can_castle_queenside(BLACK)) fen += 'q';
272   } else
273       fen += '-';
274
275   fen += ' ';
276   if (ep_square() != SQ_NONE)
277       fen += square_to_string(ep_square());
278   else
279       fen += '-';
280
281   return fen;
282 }
283
284
285 /// Position::print() prints an ASCII representation of the position to
286 /// the standard output. If a move is given then also the san is print.
287
288 void Position::print(Move m) const {
289
290   static const string pieceLetters = " PNBRQK  PNBRQK .";
291
292   // Check for reentrancy, as example when called from inside
293   // MovePicker that is used also here in move_to_san()
294   if (RequestPending)
295       return;
296
297   RequestPending = true;
298
299   std::cout << std::endl;
300   if (m != MOVE_NONE)
301   {
302       string col = (color_of_piece_on(move_from(m)) == BLACK ? ".." : "");
303       std::cout << "Move is: " << col << move_to_san(*this, m) << std::endl;
304   }
305   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
306   {
307       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
308       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
309       {
310           Square sq = make_square(file, rank);
311           Piece piece = piece_on(sq);
312           if (piece == EMPTY && square_color(sq) == WHITE)
313               piece = NO_PIECE;
314
315           char col = (color_of_piece_on(sq) == BLACK ? '=' : ' ');
316           std::cout << '|' << col << pieceLetters[piece] << col;
317       }
318       std::cout << '|' << std::endl;
319   }
320   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl
321             << "Fen is: " << to_fen() << std::endl
322             << "Key is: " << st->key << std::endl;
323
324   RequestPending = false;
325 }
326
327
328 /// Position::copy() creates a copy of the input position.
329
330 void Position::copy(const Position& pos) {
331
332   memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
333   saveState(); // detach and copy state info
334 }
335
336
337 /// Position:hidden_checkers<>() returns a bitboard of all pinned (against the
338 /// king) pieces for the given color and for the given pinner type. Or, when
339 /// template parameter FindPinned is false, the pieces of the given color
340 /// candidate for a discovery check against the enemy king.
341 /// Note that checkersBB bitboard must be already updated.
342
343 template<bool FindPinned>
344 Bitboard Position::hidden_checkers(Color c) const {
345
346   Bitboard pinners, result = EmptyBoardBB;
347
348   // Pinned pieces protect our king, dicovery checks attack
349   // the enemy king.
350   Square ksq = king_square(FindPinned ? c : opposite_color(c));
351
352   // Pinners are sliders, not checkers, that give check when
353   // candidate pinned is removed.
354   pinners =  (pieces(ROOK, QUEEN, FindPinned ? opposite_color(c) : c) & RookPseudoAttacks[ksq])
355            | (pieces(BISHOP, QUEEN, FindPinned ? opposite_color(c) : c) & BishopPseudoAttacks[ksq]);
356
357   if (FindPinned && pinners)
358       pinners &= ~st->checkersBB;
359
360   while (pinners)
361   {
362       Square s = pop_1st_bit(&pinners);
363       Bitboard b = squares_between(s, ksq) & occupied_squares();
364
365       assert(b);
366
367       if (  !(b & (b - 1)) // Only one bit set?
368           && (b & pieces_of_color(c))) // Is an our piece?
369           result |= b;
370   }
371   return result;
372 }
373
374
375 /// Position:pinned_pieces() returns a bitboard of all pinned (against the
376 /// king) pieces for the given color.
377
378 Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
379
380   return hidden_checkers<true>(c);
381 }
382
383
384 /// Position:discovered_check_candidates() returns a bitboard containing all
385 /// pieces for the given side which are candidates for giving a discovered
386 /// check.
387
388 Bitboard Position::discovered_check_candidates(Color c) const {
389
390   return hidden_checkers<false>(c);
391 }
392
393 /// Position::attackers_to() computes a bitboard containing all pieces which
394 /// attacks a given square.
395
396 Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
397
398   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
399         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
400         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
401         | (attacks_from<ROOK>(s)        & pieces(ROOK, QUEEN))
402         | (attacks_from<BISHOP>(s)      & pieces(BISHOP, QUEEN))
403         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
404 }
405
406 /// Position::attacks_from() computes a bitboard of all attacks
407 /// of a given piece put in a given square.
408
409 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s) const {
410
411   assert(square_is_ok(s));
412
413   switch (p)
414   {
415   case WP:          return attacks_from<PAWN>(s, WHITE);
416   case BP:          return attacks_from<PAWN>(s, BLACK);
417   case WN: case BN: return attacks_from<KNIGHT>(s);
418   case WB: case BB: return attacks_from<BISHOP>(s);
419   case WR: case BR: return attacks_from<ROOK>(s);
420   case WQ: case BQ: return attacks_from<QUEEN>(s);
421   case WK: case BK: return attacks_from<KING>(s);
422   default: break;
423   }
424   return false;
425 }
426
427
428 /// Position::move_attacks_square() tests whether a move from the current
429 /// position attacks a given square.
430
431 bool Position::move_attacks_square(Move m, Square s) const {
432
433   assert(move_is_ok(m));
434   assert(square_is_ok(s));
435
436   Square f = move_from(m), t = move_to(m);
437
438   assert(square_is_occupied(f));
439
440   if (bit_is_set(attacks_from(piece_on(f), t), s))
441       return true;
442
443   // Move the piece and scan for X-ray attacks behind it
444   Bitboard occ = occupied_squares();
445   Color us = color_of_piece_on(f);
446   clear_bit(&occ, f);
447   set_bit(&occ, t);
448   Bitboard xray = ( (rook_attacks_bb(s, occ) &  pieces(ROOK, QUEEN))
449                    |(bishop_attacks_bb(s, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN))) & pieces_of_color(us);
450
451   // If we have attacks we need to verify that are caused by our move
452   // and are not already existent ones.
453   return xray && (xray ^ (xray & attacks_from<QUEEN>(s)));
454 }
455
456
457 /// Position::find_checkers() computes the checkersBB bitboard, which
458 /// contains a nonzero bit for each checking piece (0, 1 or 2). It
459 /// currently works by calling Position::attackers_to, which is probably
460 /// inefficient. Consider rewriting this function to use the last move
461 /// played, like in non-bitboard versions of Glaurung.
462
463 void Position::find_checkers() {
464
465   Color us = side_to_move();
466   st->checkersBB = attackers_to(king_square(us)) & pieces_of_color(opposite_color(us));
467 }
468
469
470 /// Position::pl_move_is_legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
471
472 bool Position::pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const {
473
474   assert(is_ok());
475   assert(move_is_ok(m));
476   assert(pinned == pinned_pieces(side_to_move()));
477
478   // Castling moves are checked for legality during move generation.
479   if (move_is_castle(m))
480       return true;
481
482   Color us = side_to_move();
483   Square from = move_from(m);
484
485   assert(color_of_piece_on(from) == us);
486   assert(piece_on(king_square(us)) == piece_of_color_and_type(us, KING));
487
488   // En passant captures are a tricky special case. Because they are
489   // rather uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked
490   // after the move is made
491   if (move_is_ep(m))
492   {
493       Color them = opposite_color(us);
494       Square to = move_to(m);
495       Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
496       Bitboard b = occupied_squares();
497       Square ksq = king_square(us);
498
499       assert(to == ep_square());
500       assert(piece_on(from) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
501       assert(piece_on(capsq) == piece_of_color_and_type(them, PAWN));
502       assert(piece_on(to) == EMPTY);
503
504       clear_bit(&b, from);
505       clear_bit(&b, capsq);
506       set_bit(&b, to);
507
508       return   !(rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, them))
509             && !(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, them));
510   }
511
512   // If the moving piece is a king, check whether the destination
513   // square is attacked by the opponent.
514   if (type_of_piece_on(from) == KING)
515       return !(attackers_to(move_to(m)) & pieces_of_color(opposite_color(us)));
516
517   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
518   // is moving along the ray towards or away from the king.
519   return (   !pinned
520           || !bit_is_set(pinned, from)
521           || (direction_between_squares(from, king_square(us)) == direction_between_squares(move_to(m), king_square(us))));
522 }
523
524
525 /// Position::pl_move_is_evasion() tests whether a pseudo-legal move is a legal evasion
526
527 bool Position::pl_move_is_evasion(Move m, Bitboard pinned) const
528 {
529   assert(is_check());
530
531   Color us = side_to_move();
532   Square from = move_from(m);
533   Square to = move_to(m);
534
535   // King moves and en-passant captures are verified in pl_move_is_legal()
536   if (type_of_piece_on(from) == KING || move_is_ep(m))
537       return pl_move_is_legal(m, pinned);
538
539   Bitboard target = checkers();
540   Square checksq = pop_1st_bit(&target);
541
542   if (target) // double check ?
543       return false;
544
545   // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
546   target = squares_between(checksq, king_square(us)) | checkers();
547   return bit_is_set(target, to) && pl_move_is_legal(m, pinned);
548 }
549
550
551 /// Position::move_is_check() tests whether a pseudo-legal move is a check
552
553 bool Position::move_is_check(Move m) const {
554
555   return move_is_check(m, CheckInfo(*this));
556 }
557
558 bool Position::move_is_check(Move m, const CheckInfo& ci) const {
559
560   assert(is_ok());
561   assert(move_is_ok(m));
562   assert(ci.dcCandidates == discovered_check_candidates(side_to_move()));
563   assert(color_of_piece_on(move_from(m)) == side_to_move());
564   assert(piece_on(ci.ksq) == piece_of_color_and_type(opposite_color(side_to_move()), KING));
565
566   Square from = move_from(m);
567   Square to = move_to(m);
568   PieceType pt = type_of_piece_on(from);
569
570   // Direct check ?
571   if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
572       return true;
573
574   // Discovery check ?
575   if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
576   {
577       // For pawn and king moves we need to verify also direction
578       if (  (pt != PAWN && pt != KING)
579           ||(direction_between_squares(from, ci.ksq) != direction_between_squares(to, ci.ksq)))
580           return true;
581   }
582
583   // Can we skip the ugly special cases ?
584   if (!move_is_special(m))
585       return false;
586
587   Color us = side_to_move();
588   Bitboard b = occupied_squares();
589
590   // Promotion with check ?
591   if (move_is_promotion(m))
592   {
593       clear_bit(&b, from);
594
595       switch (move_promotion_piece(m))
596       {
597       case KNIGHT:
598           return bit_is_set(attacks_from<KNIGHT>(to), ci.ksq);
599       case BISHOP:
600           return bit_is_set(bishop_attacks_bb(to, b), ci.ksq);
601       case ROOK:
602           return bit_is_set(rook_attacks_bb(to, b), ci.ksq);
603       case QUEEN:
604           return bit_is_set(queen_attacks_bb(to, b), ci.ksq);
605       default:
606           assert(false);
607       }
608   }
609
610   // En passant capture with check?  We have already handled the case
611   // of direct checks and ordinary discovered check, the only case we
612   // need to handle is the unusual case of a discovered check through the
613   // captured pawn.
614   if (move_is_ep(m))
615   {
616       Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
617       clear_bit(&b, from);
618       clear_bit(&b, capsq);
619       set_bit(&b, to);
620       return  (rook_attacks_bb(ci.ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, us))
621             ||(bishop_attacks_bb(ci.ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
622   }
623
624   // Castling with check ?
625   if (move_is_castle(m))
626   {
627       Square kfrom, kto, rfrom, rto;
628       kfrom = from;
629       rfrom = to;
630
631       if (rfrom > kfrom)
632       {
633           kto = relative_square(us, SQ_G1);
634           rto = relative_square(us, SQ_F1);
635       } else {
636           kto = relative_square(us, SQ_C1);
637           rto = relative_square(us, SQ_D1);
638       }
639       clear_bit(&b, kfrom);
640       clear_bit(&b, rfrom);
641       set_bit(&b, rto);
642       set_bit(&b, kto);
643       return bit_is_set(rook_attacks_bb(rto, b), ci.ksq);
644   }
645
646   return false;
647 }
648
649
650 /// Position::update_checkers() udpates chekers info given the move. It is called
651 /// in do_move() and is faster then find_checkers().
652
653 template<PieceType Piece>
654 inline void Position::update_checkers(Bitboard* pCheckersBB, Square ksq, Square from,
655                                       Square to, Bitboard dcCandidates) {
656
657   const bool Bishop = (Piece == QUEEN || Piece == BISHOP);
658   const bool Rook   = (Piece == QUEEN || Piece == ROOK);
659   const bool Slider = Bishop || Rook;
660
661   assert(*pCheckersBB == EmptyBoardBB);
662
663   // Direct checks
664   if (  (   !Slider // try to early skip slide piece attacks
665          || (Bishop && bit_is_set(BishopPseudoAttacks[ksq], to))
666          || (Rook   && bit_is_set(RookPseudoAttacks[ksq], to)))
667       && bit_is_set(Piece == PAWN ? attacks_from<PAWN>(ksq, opposite_color(sideToMove)) : attacks_from<Piece>(ksq) , to))
668   {
669       *pCheckersBB = SetMaskBB[to];
670   }
671   // Discovery checks
672   if (Piece != QUEEN && dcCandidates && bit_is_set(dcCandidates, from))
673   {
674       if (Piece != ROOK)
675           (*pCheckersBB) |= (attacks_from<ROOK>(ksq) & pieces(ROOK, QUEEN, side_to_move()));
676
677       if (Piece != BISHOP)
678           (*pCheckersBB) |= (attacks_from<BISHOP>(ksq) & pieces(BISHOP, QUEEN, side_to_move()));
679   }
680 }
681
682
683 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
684 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal.
685 /// Pseudo-legal moves should be filtered out before this function is called.
686
687 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
688
689   do_move(m, newSt, discovered_check_candidates(side_to_move()));
690 }
691
692 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, Bitboard dcCandidates) {
693
694   assert(is_ok());
695   assert(move_is_ok(m));
696
697   Bitboard key = st->key;
698
699   // Copy some fields of old state to our new StateInfo object except the
700   // ones which are recalculated from scratch anyway, then switch our state
701   // pointer to point to the new, ready to be updated, state.
702   struct ReducedStateInfo {
703     Key pawnKey, materialKey;
704     int castleRights, rule50, pliesFromNull;
705     Square epSquare;
706     Value value;
707     Value npMaterial[2];
708   };
709
710   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
711   newSt.previous = st;
712   st = &newSt;
713
714   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
715   // detect repetition draws.
716   history[gamePly] = key;
717   gamePly++;
718
719   // Update side to move
720   key ^= zobSideToMove;
721
722   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
723   // case of non-reversible moves is taken care of later.
724   st->rule50++;
725   st->pliesFromNull++;
726
727   if (move_is_castle(m))
728   {
729       st->key = key;
730       do_castle_move(m);
731       return;
732   }
733
734   Color us = side_to_move();
735   Color them = opposite_color(us);
736   Square from = move_from(m);
737   Square to = move_to(m);
738   bool ep = move_is_ep(m);
739   bool pm = move_is_promotion(m);
740
741   Piece piece = piece_on(from);
742   PieceType pt = type_of_piece(piece);
743   PieceType capture = ep ? PAWN : type_of_piece_on(to);
744
745   assert(color_of_piece_on(from) == us);
746   assert(color_of_piece_on(to) == them || square_is_empty(to));
747   assert(!(ep || pm) || piece == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
748   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
749
750   if (capture)
751       do_capture_move(key, capture, them, to, ep);
752
753   // Update hash key
754   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
755
756   // Reset en passant square
757   if (st->epSquare != SQ_NONE)
758   {
759       key ^= zobEp[st->epSquare];
760       st->epSquare = SQ_NONE;
761   }
762
763   // Update castle rights, try to shortcut a common case
764   int cm = castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
765   if (cm != ALL_CASTLES && ((cm & st->castleRights) != st->castleRights))
766   {
767       key ^= zobCastle[st->castleRights];
768       st->castleRights &= castleRightsMask[from];
769       st->castleRights &= castleRightsMask[to];
770       key ^= zobCastle[st->castleRights];
771   }
772
773   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
774   TT.prefetch(key);
775
776   // Move the piece
777   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
778   do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
779   do_move_bb(&(byTypeBB[pt]), move_bb);
780   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
781
782   board[to] = board[from];
783   board[from] = EMPTY;
784
785   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
786   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
787   // by known occupied squares.
788   index[to] = index[from];
789   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
790
791   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
792   if (pt == PAWN)
793   {
794       // Reset rule 50 draw counter
795       st->rule50 = 0;
796
797       // Update pawn hash key
798       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
799
800       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
801       if ((to ^ from) == 16)
802       {
803           if (attacks_from<PAWN>(from + (us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S), us) & pieces(PAWN, them))
804           {
805               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
806               key ^= zobEp[st->epSquare];
807           }
808       }
809   }
810
811   // Update incremental scores
812   st->value += pst_delta(piece, from, to);
813
814   // Set capture piece
815   st->capture = capture;
816
817   if (pm) // promotion ?
818   {
819       PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
820
821       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
822
823       // Insert promoted piece instead of pawn
824       clear_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
825       set_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
826       board[to] = piece_of_color_and_type(us, promotion);
827
828       // Update material key
829       st->materialKey ^= zobMaterial[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
830       st->materialKey ^= zobMaterial[us][promotion][pieceCount[us][promotion]+1];
831
832       // Update piece counts
833       pieceCount[us][PAWN]--;
834       pieceCount[us][promotion]++;
835
836       // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
837       // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
838       Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
839       index[lastPawnSquare] = index[to];
840       pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
841       pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
842       index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
843       pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
844
845       // Partially revert hash keys update
846       key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
847       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
848
849       // Partially revert and update incremental scores
850       st->value -= pst(us, PAWN, to);
851       st->value += pst(us, promotion, to);
852
853       // Update material
854       st->npMaterial[us] += piece_value_midgame(promotion);
855   }
856
857   // Update the key with the final value
858   st->key = key;
859
860   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
861   if (ep | pm)
862       st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces_of_color(us);
863   else
864   {
865       st->checkersBB = EmptyBoardBB;
866       Square ksq = king_square(them);
867       switch (pt)
868       {
869       case PAWN:   update_checkers<PAWN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
870       case KNIGHT: update_checkers<KNIGHT>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
871       case BISHOP: update_checkers<BISHOP>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
872       case ROOK:   update_checkers<ROOK>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
873       case QUEEN:  update_checkers<QUEEN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);  break;
874       case KING:   update_checkers<KING>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
875       default: assert(false); break;
876       }
877   }
878
879   // Finish
880   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
881   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
882
883   assert(is_ok());
884 }
885
886
887 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
888 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
889
890 void Position::do_capture_move(Bitboard& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
891
892     assert(capture != KING);
893
894     Square capsq = to;
895
896     if (ep) // en passant ?
897     {
898         capsq = (them == BLACK)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
899
900         assert(to == st->epSquare);
901         assert(relative_rank(opposite_color(them), to) == RANK_6);
902         assert(piece_on(to) == EMPTY);
903         assert(piece_on(capsq) == piece_of_color_and_type(them, PAWN));
904
905         board[capsq] = EMPTY;
906     }
907
908     // Remove captured piece
909     clear_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
910     clear_bit(&(byTypeBB[capture]), capsq);
911     clear_bit(&(byTypeBB[0]), capsq);
912
913     // Update hash key
914     key ^= zobrist[them][capture][capsq];
915
916     // Update incremental scores
917     st->value -= pst(them, capture, capsq);
918
919     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key,
920     // otherwise update non-pawn material.
921     if (capture == PAWN)
922         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
923     else
924         st->npMaterial[them] -= piece_value_midgame(capture);
925
926     // Update material hash key
927     st->materialKey ^= zobMaterial[them][capture][pieceCount[them][capture]];
928
929     // Update piece count
930     pieceCount[them][capture]--;
931
932     // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
933     //
934     // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
935     // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
936     // at the end of the list and not in its original place, it means
937     // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
938     // do_move() + undo_move() sequence.
939     Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
940     index[lastPieceSquare] = index[capsq];
941     pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
942     pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
943
944     // Reset rule 50 counter
945     st->rule50 = 0;
946 }
947
948
949 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
950 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
951 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
952 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
953
954 void Position::do_castle_move(Move m) {
955
956   assert(move_is_ok(m));
957   assert(move_is_castle(m));
958
959   Color us = side_to_move();
960   Color them = opposite_color(us);
961
962   // Reset capture field
963   st->capture = NO_PIECE_TYPE;
964
965   // Find source squares for king and rook
966   Square kfrom = move_from(m);
967   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
968   Square kto, rto;
969
970   assert(piece_on(kfrom) == piece_of_color_and_type(us, KING));
971   assert(piece_on(rfrom) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
972
973   // Find destination squares for king and rook
974   if (rfrom > kfrom) // O-O
975   {
976       kto = relative_square(us, SQ_G1);
977       rto = relative_square(us, SQ_F1);
978   } else { // O-O-O
979       kto = relative_square(us, SQ_C1);
980       rto = relative_square(us, SQ_D1);
981   }
982
983   // Remove pieces from source squares:
984   clear_bit(&(byColorBB[us]), kfrom);
985   clear_bit(&(byTypeBB[KING]), kfrom);
986   clear_bit(&(byTypeBB[0]), kfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
987   clear_bit(&(byColorBB[us]), rfrom);
988   clear_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rfrom);
989   clear_bit(&(byTypeBB[0]), rfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
990
991   // Put pieces on destination squares:
992   set_bit(&(byColorBB[us]), kto);
993   set_bit(&(byTypeBB[KING]), kto);
994   set_bit(&(byTypeBB[0]), kto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
995   set_bit(&(byColorBB[us]), rto);
996   set_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rto);
997   set_bit(&(byTypeBB[0]), rto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
998   
999   // Update board array
1000   Piece king = piece_of_color_and_type(us, KING);
1001   Piece rook = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
1002   board[kfrom] = board[rfrom] = EMPTY;
1003   board[kto] = king;
1004   board[rto] = rook;
1005
1006   // Update piece lists
1007   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1008   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1009   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be rto == kfrom
1010   index[kto] = index[kfrom];
1011   index[rto] = tmp;
1012
1013   // Update incremental scores
1014   st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1015   st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1016
1017   // Update hash key
1018   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1019   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1020
1021   // Clear en passant square
1022   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1023   {
1024       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1025       st->epSquare = SQ_NONE;
1026   }
1027
1028   // Update castling rights
1029   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1030   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1031   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1032
1033   // Reset rule 50 counter
1034   st->rule50 = 0;
1035
1036   // Update checkers BB
1037   st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces_of_color(us);
1038
1039   // Finish
1040   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1041   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1042
1043   assert(is_ok());
1044 }
1045
1046
1047 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1048 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1049
1050 void Position::undo_move(Move m) {
1051
1052   assert(is_ok());
1053   assert(move_is_ok(m));
1054
1055   gamePly--;
1056   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1057
1058   if (move_is_castle(m))
1059   {
1060       undo_castle_move(m);
1061       return;
1062   }
1063
1064   Color us = side_to_move();
1065   Color them = opposite_color(us);
1066   Square from = move_from(m);
1067   Square to = move_to(m);
1068   bool ep = move_is_ep(m);
1069   bool pm = move_is_promotion(m);
1070
1071   PieceType pt = type_of_piece_on(to);
1072
1073   assert(square_is_empty(from));
1074   assert(color_of_piece_on(to) == us);
1075   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1076   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1077   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1078   assert(!ep || piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
1079
1080   if (pm) // promotion ?
1081   {
1082       PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
1083       pt = PAWN;
1084
1085       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1086       assert(piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, promotion));
1087
1088       // Replace promoted piece with a pawn
1089       clear_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
1090       set_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
1091
1092       // Update piece counts
1093       pieceCount[us][promotion]--;
1094       pieceCount[us][PAWN]++;
1095
1096       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1097       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1098       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1099       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1100       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1101       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1102       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1103   }
1104
1105
1106   // Put the piece back at the source square
1107   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1108   do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
1109   do_move_bb(&(byTypeBB[pt]), move_bb);
1110   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1111
1112   board[from] = piece_of_color_and_type(us, pt);
1113   board[to] = EMPTY;
1114
1115   // Update piece list
1116   index[from] = index[to];
1117   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1118
1119   if (st->capture)
1120   {
1121       Square capsq = to;
1122
1123       if (ep)
1124           capsq = (us == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1125
1126       assert(st->capture != KING);
1127       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1128
1129       // Restore the captured piece
1130       set_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
1131       set_bit(&(byTypeBB[st->capture]), capsq);
1132       set_bit(&(byTypeBB[0]), capsq);
1133
1134       board[capsq] = piece_of_color_and_type(them, st->capture);
1135
1136       // Update piece count
1137       pieceCount[them][st->capture]++;
1138
1139       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1140       index[capsq] = pieceCount[them][st->capture] - 1;
1141       pieceList[them][st->capture][index[capsq]] = capsq;
1142   }
1143
1144   // Finally point our state pointer back to the previous state
1145   st = st->previous;
1146
1147   assert(is_ok());
1148 }
1149
1150
1151 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1152 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1153 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1154 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1155
1156 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1157
1158   assert(move_is_ok(m));
1159   assert(move_is_castle(m));
1160
1161   // When we have arrived here, some work has already been done by
1162   // Position::undo_move.  In particular, the side to move has been switched,
1163   // so the code below is correct.
1164   Color us = side_to_move();
1165
1166   // Find source squares for king and rook
1167   Square kfrom = move_from(m);
1168   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
1169   Square kto, rto;
1170
1171   // Find destination squares for king and rook
1172   if (rfrom > kfrom) // O-O
1173   {
1174       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1175       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1176   } else { // O-O-O
1177       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1178       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1179   }
1180
1181   assert(piece_on(kto) == piece_of_color_and_type(us, KING));
1182   assert(piece_on(rto) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
1183   
1184   // Remove pieces from destination squares:
1185   clear_bit(&(byColorBB[us]), kto);
1186   clear_bit(&(byTypeBB[KING]), kto);
1187   clear_bit(&(byTypeBB[0]), kto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1188   clear_bit(&(byColorBB[us]), rto);
1189   clear_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rto);
1190   clear_bit(&(byTypeBB[0]), rto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1191  
1192   // Put pieces on source squares:
1193   set_bit(&(byColorBB[us]), kfrom);
1194   set_bit(&(byTypeBB[KING]), kfrom);
1195   set_bit(&(byTypeBB[0]), kfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1196   set_bit(&(byColorBB[us]), rfrom);
1197   set_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rfrom);
1198   set_bit(&(byTypeBB[0]), rfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1199
1200   // Update board
1201   board[rto] = board[kto] = EMPTY;
1202   board[rfrom] = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
1203   board[kfrom] = piece_of_color_and_type(us, KING);
1204
1205   // Update piece lists
1206   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1207   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1208   int tmp = index[rto];  // In Chess960 could be rto == kfrom
1209   index[kfrom] = index[kto];
1210   index[rfrom] = tmp;
1211
1212   // Finally point our state pointer back to the previous state
1213   st = st->previous;
1214
1215   assert(is_ok());
1216 }
1217
1218
1219 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1220 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1221
1222 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1223
1224   assert(is_ok());
1225   assert(!is_check());
1226
1227   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1228   // StateInfo object.
1229   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1230   // a backup storage not as a new state to be used.
1231   backupSt.key      = st->key;
1232   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1233   backupSt.value    = st->value;
1234   backupSt.previous = st->previous;
1235   backupSt.pliesFromNull = st->pliesFromNull;
1236   st->previous = &backupSt;
1237
1238   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
1239   // detect repetition draws.
1240   history[gamePly] = st->key;
1241
1242   // Update the necessary information
1243   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1244       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1245
1246   st->key ^= zobSideToMove;
1247   TT.prefetch(st->key);
1248
1249   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1250   st->epSquare = SQ_NONE;
1251   st->rule50++;
1252   st->pliesFromNull = 0;
1253   st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1254   gamePly++;
1255 }
1256
1257
1258 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1259
1260 void Position::undo_null_move() {
1261
1262   assert(is_ok());
1263   assert(!is_check());
1264
1265   // Restore information from the our backup StateInfo object
1266   StateInfo* backupSt = st->previous;
1267   st->key      = backupSt->key;
1268   st->epSquare = backupSt->epSquare;
1269   st->value    = backupSt->value;
1270   st->previous = backupSt->previous;
1271   st->pliesFromNull = backupSt->pliesFromNull;
1272
1273   // Update the necessary information
1274   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1275   st->rule50--;
1276   gamePly--;
1277 }
1278
1279
1280 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1281 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1282 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1283 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1284 /// not yet understand promotions captures.
1285
1286 int Position::see(Square to) const {
1287
1288   assert(square_is_ok(to));
1289   return see(SQ_NONE, to);
1290 }
1291
1292 int Position::see(Move m) const {
1293
1294   assert(move_is_ok(m));
1295   return see(move_from(m), move_to(m));
1296 }
1297
1298 int Position::see_sign(Move m) const {
1299
1300   assert(move_is_ok(m));
1301
1302   Square from = move_from(m);
1303   Square to = move_to(m);
1304
1305   // Early return if SEE cannot be negative because capturing piece value
1306   // is not bigger then captured one.
1307   if (   midgame_value_of_piece_on(from) <= midgame_value_of_piece_on(to)
1308       && type_of_piece_on(from) != KING)
1309          return 1;
1310
1311   return see(from, to);
1312 }
1313
1314 int Position::see(Square from, Square to) const {
1315
1316   // Material values
1317   static const int seeValues[18] = {
1318     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1319        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1320     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1321        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1322     0, 0
1323   };
1324
1325   Bitboard attackers, stmAttackers, b;
1326
1327   assert(square_is_ok(from) || from == SQ_NONE);
1328   assert(square_is_ok(to));
1329
1330   // Initialize colors
1331   Color us = (from != SQ_NONE ? color_of_piece_on(from) : opposite_color(color_of_piece_on(to)));
1332   Color them = opposite_color(us);
1333
1334   // Initialize pieces
1335   Piece piece = piece_on(from);
1336   Piece capture = piece_on(to);
1337   Bitboard occ = occupied_squares();
1338
1339   // King cannot be recaptured
1340   if (type_of_piece(piece) == KING)
1341       return seeValues[capture];
1342
1343   // Handle en passant moves
1344   if (st->epSquare == to && type_of_piece_on(from) == PAWN)
1345   {
1346       assert(capture == EMPTY);
1347
1348       Square capQq = (side_to_move() == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1349       capture = piece_on(capQq);
1350       assert(type_of_piece_on(capQq) == PAWN);
1351
1352       // Remove the captured pawn
1353       clear_bit(&occ, capQq);
1354   }
1355
1356   while (true)
1357   {
1358       // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1359       // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1360       clear_bit(&occ, from);
1361       attackers =  (rook_attacks_bb(to, occ)      & pieces(ROOK, QUEEN))
1362                  | (bishop_attacks_bb(to, occ)    & pieces(BISHOP, QUEEN))
1363                  | (attacks_from<KNIGHT>(to)      & pieces(KNIGHT))
1364                  | (attacks_from<KING>(to)        & pieces(KING))
1365                  | (attacks_from<PAWN>(to, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
1366                  | (attacks_from<PAWN>(to, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE));
1367
1368       if (from != SQ_NONE)
1369           break;
1370
1371       // If we don't have any attacker we are finished
1372       if ((attackers & pieces_of_color(us)) == EmptyBoardBB)
1373           return 0;
1374
1375       // Locate the least valuable attacker to the destination square
1376       // and use it to initialize from square.
1377       stmAttackers = attackers & pieces_of_color(us);
1378       PieceType pt;
1379       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1380           assert(pt < KING);
1381
1382       from = first_1(stmAttackers & pieces(pt));
1383       piece = piece_on(from);
1384   }
1385
1386   // If the opponent has no attackers we are finished
1387   stmAttackers = attackers & pieces_of_color(them);
1388   if (!stmAttackers)
1389       return seeValues[capture];
1390
1391   attackers &= occ; // Remove the moving piece
1392
1393   // The destination square is defended, which makes things rather more
1394   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1395   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1396   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1397   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1398   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1399   int lastCapturingPieceValue = seeValues[piece];
1400   int swapList[32], n = 1;
1401   Color c = them;
1402   PieceType pt;
1403
1404   swapList[0] = seeValues[capture];
1405
1406   do {
1407       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1408       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1409       // that the side to move still has at least one attacker left.
1410       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1411           assert(pt < KING);
1412
1413       // Remove the attacker we just found from the 'attackers' bitboard,
1414       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1415       b = stmAttackers & pieces(pt);
1416       occ ^= (b & (~b + 1));
1417       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occ) &  pieces(ROOK, QUEEN))
1418                   | (bishop_attacks_bb(to, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1419
1420       attackers &= occ;
1421
1422       // Add the new entry to the swap list
1423       assert(n < 32);
1424       swapList[n] = -swapList[n - 1] + lastCapturingPieceValue;
1425       n++;
1426
1427       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to move
1428       // before beginning the next iteration
1429       lastCapturingPieceValue = seeValues[pt];
1430       c = opposite_color(c);
1431       stmAttackers = attackers & pieces_of_color(c);
1432
1433       // Stop after a king capture
1434       if (pt == KING && stmAttackers)
1435       {
1436           assert(n < 32);
1437           swapList[n++] = QueenValueMidgame*10;
1438           break;
1439       }
1440   } while (stmAttackers);
1441
1442   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1443   // achievable score from the point of view of the side to move
1444   while (--n)
1445       swapList[n-1] = Min(-swapList[n], swapList[n-1]);
1446
1447   return swapList[0];
1448 }
1449
1450
1451 /// Position::saveState() copies the content of the current state
1452 /// inside startState and makes st point to it. This is needed
1453 /// when the st pointee could become stale, as example because
1454 /// the caller is about to going out of scope.
1455
1456 void Position::saveState() {
1457
1458   startState = *st;
1459   st = &startState;
1460   st->previous = NULL; // as a safe guard
1461 }
1462
1463
1464 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1465 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1466
1467 void Position::clear() {
1468
1469   st = &startState;
1470   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1471   st->epSquare = SQ_NONE;
1472
1473   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1474   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1475   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1476   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1477
1478   for (int i = 0; i < 64; i++)
1479       board[i] = EMPTY;
1480
1481   for (int i = 0; i < 8; i++)
1482       for (int j = 0; j < 16; j++)
1483           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1484
1485   sideToMove = WHITE;
1486   gamePly = 0;
1487   initialKFile = FILE_E;
1488   initialKRFile = FILE_H;
1489   initialQRFile = FILE_A;
1490 }
1491
1492
1493 /// Position::reset_game_ply() simply sets gamePly to 0. It is used from the
1494 /// UCI interface code, whenever a non-reversible move is made in a
1495 /// 'position fen <fen> moves m1 m2 ...' command.  This makes it possible
1496 /// for the program to handle games of arbitrary length, as long as the GUI
1497 /// handles draws by the 50 move rule correctly.
1498
1499 void Position::reset_game_ply() {
1500
1501   gamePly = 0;
1502 }
1503
1504
1505 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1506 /// updating the board array, bitboards, and piece counts.
1507
1508 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1509
1510   Color c = color_of_piece(p);
1511   PieceType pt = type_of_piece(p);
1512
1513   board[s] = p;
1514   index[s] = pieceCount[c][pt];
1515   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1516
1517   set_bit(&(byTypeBB[pt]), s);
1518   set_bit(&(byColorBB[c]), s);
1519   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1520
1521   pieceCount[c][pt]++;
1522 }
1523
1524
1525 /// Position::allow_oo() gives the given side the right to castle kingside.
1526 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1527
1528 void Position::allow_oo(Color c) {
1529
1530   st->castleRights |= (1 + int(c));
1531 }
1532
1533
1534 /// Position::allow_ooo() gives the given side the right to castle queenside.
1535 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1536
1537 void Position::allow_ooo(Color c) {
1538
1539   st->castleRights |= (4 + 4*int(c));
1540 }
1541
1542
1543 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1544 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1545 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1546 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1547
1548 Key Position::compute_key() const {
1549
1550   Key result = Key(0ULL);
1551
1552   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1553       if (square_is_occupied(s))
1554           result ^= zobrist[color_of_piece_on(s)][type_of_piece_on(s)][s];
1555
1556   if (ep_square() != SQ_NONE)
1557       result ^= zobEp[ep_square()];
1558
1559   result ^= zobCastle[st->castleRights];
1560   if (side_to_move() == BLACK)
1561       result ^= zobSideToMove;
1562
1563   return result;
1564 }
1565
1566
1567 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1568 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1569 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1570 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1571 /// debug mode.
1572
1573 Key Position::compute_pawn_key() const {
1574
1575   Key result = Key(0ULL);
1576   Bitboard b;
1577   Square s;
1578
1579   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1580   {
1581       b = pieces(PAWN, c);
1582       while(b)
1583       {
1584           s = pop_1st_bit(&b);
1585           result ^= zobrist[c][PAWN][s];
1586       }
1587   }
1588   return result;
1589 }
1590
1591
1592 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1593 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1594 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1595 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1596 /// debug mode.
1597
1598 Key Position::compute_material_key() const {
1599
1600   Key result = Key(0ULL);
1601   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1602       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1603       {
1604           int count = piece_count(c, pt);
1605           for (int i = 0; i <= count; i++)
1606               result ^= zobMaterial[c][pt][i];
1607       }
1608   return result;
1609 }
1610
1611
1612 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1613 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1614 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1615 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1616 Score Position::compute_value() const {
1617
1618   Score result = make_score(0, 0);
1619   Bitboard b;
1620   Square s;
1621
1622   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1623       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1624       {
1625           b = pieces(pt, c);
1626           while(b)
1627           {
1628               s = pop_1st_bit(&b);
1629               assert(piece_on(s) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1630               result += pst(c, pt, s);
1631           }
1632       }
1633
1634   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1635   return result;
1636 }
1637
1638
1639 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1640 /// game material score for the given side. Material scores are updated
1641 /// incrementally during the search, this function is only used while
1642 /// initializing a new Position object.
1643
1644 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1645
1646   Value result = Value(0);
1647
1648   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1649   {
1650       Bitboard b = pieces(pt, c);
1651       while (b)
1652       {
1653           assert(piece_on(first_1(b)) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1654           pop_1st_bit(&b);
1655           result += piece_value_midgame(pt);
1656       }
1657   }
1658   return result;
1659 }
1660
1661
1662 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1663 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1664 /// must be done by the search.
1665
1666 bool Position::is_draw() const {
1667
1668   // Draw by material?
1669   if (   !pieces(PAWN)
1670       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1671       return true;
1672
1673   // Draw by the 50 moves rule?
1674   if (st->rule50 > 100 || (st->rule50 == 100 && !is_check()))
1675       return true;
1676
1677   // Draw by repetition?
1678   for (int i = 2; i < Min(Min(gamePly, st->rule50), st->pliesFromNull); i += 2)
1679       if (history[gamePly - i] == st->key)
1680           return true;
1681
1682   return false;
1683 }
1684
1685
1686 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1687 /// side to move is checkmated.
1688
1689 bool Position::is_mate() const {
1690
1691   MoveStack moves[256];
1692   return is_check() && (generate_moves(*this, moves, false) == moves);
1693 }
1694
1695
1696 /// Position::has_mate_threat() tests whether a given color has a mate in one
1697 /// from the current position.
1698
1699 bool Position::has_mate_threat(Color c) {
1700
1701   StateInfo st1, st2;
1702   Color stm = side_to_move();
1703
1704   if (is_check())
1705       return false;
1706
1707   // If the input color is not equal to the side to move, do a null move
1708   if (c != stm)
1709       do_null_move(st1);
1710
1711   MoveStack mlist[120];
1712   bool result = false;
1713   Bitboard pinned = pinned_pieces(sideToMove);
1714
1715   // Generate pseudo-legal non-capture and capture check moves
1716   MoveStack* last = generate_non_capture_checks(*this, mlist);
1717   last = generate_captures(*this, last);
1718
1719   // Loop through the moves, and see if one of them is mate
1720   for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
1721   {
1722       Move move = cur->move;
1723       if (!pl_move_is_legal(move, pinned))
1724           continue;
1725
1726       do_move(move, st2);
1727       if (is_mate())
1728           result = true;
1729
1730       undo_move(move);
1731   }
1732
1733   // Undo null move, if necessary
1734   if (c != stm)
1735       undo_null_move();
1736
1737   return result;
1738 }
1739
1740
1741 /// Position::init_zobrist() is a static member function which initializes the
1742 /// various arrays used to compute hash keys.
1743
1744 void Position::init_zobrist() {
1745
1746   for (int i = 0; i < 2; i++)
1747       for (int j = 0; j < 8; j++)
1748           for (int k = 0; k < 64; k++)
1749               zobrist[i][j][k] = Key(genrand_int64());
1750
1751   for (int i = 0; i < 64; i++)
1752       zobEp[i] = Key(genrand_int64());
1753
1754   for (int i = 0; i < 16; i++)
1755       zobCastle[i] = genrand_int64();
1756
1757   zobSideToMove = genrand_int64();
1758
1759   for (int i = 0; i < 2; i++)
1760       for (int j = 0; j < 8; j++)
1761           for (int k = 0; k < 16; k++)
1762               zobMaterial[i][j][k] = (k > 0)? Key(genrand_int64()) : Key(0LL);
1763
1764   for (int i = 0; i < 16; i++)
1765       zobMaterial[0][KING][i] = zobMaterial[1][KING][i] = Key(0ULL);
1766 }
1767
1768
1769 /// Position::init_piece_square_tables() initializes the piece square tables.
1770 /// This is a two-step operation:  First, the white halves of the tables are
1771 /// copied from the MgPST[][] and EgPST[][] arrays, with a small random number
1772 /// added to each entry if the "Randomness" UCI parameter is non-zero.
1773 /// Second, the black halves of the tables are initialized by mirroring
1774 /// and changing the sign of the corresponding white scores.
1775
1776 void Position::init_piece_square_tables() {
1777
1778   int r = get_option_value_int("Randomness"), i;
1779   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1780       for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1781       {
1782           i = (r == 0)? 0 : (genrand_int32() % (r*2) - r);
1783           PieceSquareTable[p][s] = make_score(MgPST[p][s] + i, EgPST[p][s] + i);
1784       }
1785
1786   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1787       for (Piece p = BP; p <= BK; p++)
1788           PieceSquareTable[p][s] = -PieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1789 }
1790
1791
1792 /// Position::flipped_copy() makes a copy of the input position, but with
1793 /// the white and black sides reversed. This is only useful for debugging,
1794 /// especially for finding evaluation symmetry bugs.
1795
1796 void Position::flipped_copy(const Position& pos) {
1797
1798   assert(pos.is_ok());
1799
1800   clear();
1801
1802   // Board
1803   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1804       if (!pos.square_is_empty(s))
1805           put_piece(Piece(int(pos.piece_on(s)) ^ 8), flip_square(s));
1806
1807   // Side to move
1808   sideToMove = opposite_color(pos.side_to_move());
1809
1810   // Castling rights
1811   if (pos.can_castle_kingside(WHITE))  allow_oo(BLACK);
1812   if (pos.can_castle_queenside(WHITE)) allow_ooo(BLACK);
1813   if (pos.can_castle_kingside(BLACK))  allow_oo(WHITE);
1814   if (pos.can_castle_queenside(BLACK)) allow_ooo(WHITE);
1815
1816   initialKFile  = pos.initialKFile;
1817   initialKRFile = pos.initialKRFile;
1818   initialQRFile = pos.initialQRFile;
1819
1820   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1821       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1822
1823   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_1)] ^= (WHITE_OO | WHITE_OOO);
1824   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_8)] ^= (BLACK_OO | BLACK_OOO);
1825   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OO;
1826   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OO;
1827   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OOO;
1828   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OOO;
1829
1830   // En passant square
1831   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1832       st->epSquare = flip_square(pos.st->epSquare);
1833
1834   // Checkers
1835   find_checkers();
1836
1837   // Hash keys
1838   st->key = compute_key();
1839   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1840   st->materialKey = compute_material_key();
1841
1842   // Incremental scores
1843   st->value = compute_value();
1844
1845   // Material
1846   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1847   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1848
1849   assert(is_ok());
1850 }
1851
1852
1853 /// Position::is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1854 /// This is meant to be helpful when debugging.
1855
1856 bool Position::is_ok(int* failedStep) const {
1857
1858   // What features of the position should be verified?
1859   static const bool debugBitboards = false;
1860   static const bool debugKingCount = false;
1861   static const bool debugKingCapture = false;
1862   static const bool debugCheckerCount = false;
1863   static const bool debugKey = false;
1864   static const bool debugMaterialKey = false;
1865   static const bool debugPawnKey = false;
1866   static const bool debugIncrementalEval = false;
1867   static const bool debugNonPawnMaterial = false;
1868   static const bool debugPieceCounts = false;
1869   static const bool debugPieceList = false;
1870
1871   if (failedStep) *failedStep = 1;
1872
1873   // Side to move OK?
1874   if (!color_is_ok(side_to_move()))
1875       return false;
1876
1877   // Are the king squares in the position correct?
1878   if (failedStep) (*failedStep)++;
1879   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1880       return false;
1881
1882   if (failedStep) (*failedStep)++;
1883   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1884       return false;
1885
1886   // Castle files OK?
1887   if (failedStep) (*failedStep)++;
1888   if (!file_is_ok(initialKRFile))
1889       return false;
1890
1891   if (!file_is_ok(initialQRFile))
1892       return false;
1893
1894   // Do both sides have exactly one king?
1895   if (failedStep) (*failedStep)++;
1896   if (debugKingCount)
1897   {
1898       int kingCount[2] = {0, 0};
1899       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1900           if (type_of_piece_on(s) == KING)
1901               kingCount[color_of_piece_on(s)]++;
1902
1903       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1904           return false;
1905   }
1906
1907   // Can the side to move capture the opponent's king?
1908   if (failedStep) (*failedStep)++;
1909   if (debugKingCapture)
1910   {
1911       Color us = side_to_move();
1912       Color them = opposite_color(us);
1913       Square ksq = king_square(them);
1914       if (attackers_to(ksq) & pieces_of_color(us))
1915           return false;
1916   }
1917
1918   // Is there more than 2 checkers?
1919   if (failedStep) (*failedStep)++;
1920   if (debugCheckerCount && count_1s(st->checkersBB) > 2)
1921       return false;
1922
1923   // Bitboards OK?
1924   if (failedStep) (*failedStep)++;
1925   if (debugBitboards)
1926   {
1927       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1928       if ((pieces_of_color(WHITE) & pieces_of_color(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1929           return false;
1930
1931       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1932       // occupied squares
1933       if ((pieces_of_color(WHITE) | pieces_of_color(BLACK)) != occupied_squares())
1934           return false;
1935
1936       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1937       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1938           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1939               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1940                   return false;
1941   }
1942
1943   // En passant square OK?
1944   if (failedStep) (*failedStep)++;
1945   if (ep_square() != SQ_NONE)
1946   {
1947       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1948       // side to move.
1949       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1950           return false;
1951   }
1952
1953   // Hash key OK?
1954   if (failedStep) (*failedStep)++;
1955   if (debugKey && st->key != compute_key())
1956       return false;
1957
1958   // Pawn hash key OK?
1959   if (failedStep) (*failedStep)++;
1960   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1961       return false;
1962
1963   // Material hash key OK?
1964   if (failedStep) (*failedStep)++;
1965   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1966       return false;
1967
1968   // Incremental eval OK?
1969   if (failedStep) (*failedStep)++;
1970   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1971       return false;
1972
1973   // Non-pawn material OK?
1974   if (failedStep) (*failedStep)++;
1975   if (debugNonPawnMaterial)
1976   {
1977       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1978           return false;
1979
1980       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1981           return false;
1982   }
1983
1984   // Piece counts OK?
1985   if (failedStep) (*failedStep)++;
1986   if (debugPieceCounts)
1987       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1988           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1989               if (pieceCount[c][pt] != count_1s(pieces(pt, c)))
1990                   return false;
1991
1992   if (failedStep) (*failedStep)++;
1993   if (debugPieceList)
1994   {
1995       for(Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1996           for(PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1997               for(int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1998               {
1999                   if (piece_on(piece_list(c, pt, i)) != piece_of_color_and_type(c, pt))
2000                       return false;
2001
2002                   if (index[piece_list(c, pt, i)] != i)
2003                       return false;
2004               }
2005   }
2006   if (failedStep) *failedStep = 0;
2007   return true;
2008 }