Small update to pop_1st_bit()
[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   // Direct checks
662   if (  (   (Bishop && bit_is_set(BishopPseudoAttacks[ksq], to))
663          || (Rook   && bit_is_set(RookPseudoAttacks[ksq], to)))
664       && bit_is_set(attacks_from<Piece>(ksq), to)) // slow, try to early skip
665       set_bit(pCheckersBB, to);
666
667   else if (   Piece != KING
668            && !Slider
669            && bit_is_set(Piece == PAWN ? attacks_from<PAWN>(ksq, opposite_color(sideToMove))
670                                        : attacks_from<Piece>(ksq), to))
671       set_bit(pCheckersBB, to);
672
673   // Discovery checks
674   if (Piece != QUEEN && bit_is_set(dcCandidates, from))
675   {
676       if (Piece != ROOK)
677           (*pCheckersBB) |= (attacks_from<ROOK>(ksq) & pieces(ROOK, QUEEN, side_to_move()));
678
679       if (Piece != BISHOP)
680           (*pCheckersBB) |= (attacks_from<BISHOP>(ksq) & pieces(BISHOP, QUEEN, side_to_move()));
681   }
682 }
683
684
685 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
686 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal.
687 /// Pseudo-legal moves should be filtered out before this function is called.
688
689 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
690
691   do_move(m, newSt, discovered_check_candidates(side_to_move()));
692 }
693
694 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, Bitboard dcCandidates) {
695
696   assert(is_ok());
697   assert(move_is_ok(m));
698
699   Bitboard key = st->key;
700
701   // Copy some fields of old state to our new StateInfo object except the
702   // ones which are recalculated from scratch anyway, then switch our state
703   // pointer to point to the new, ready to be updated, state.
704   struct ReducedStateInfo {
705     Key pawnKey, materialKey;
706     int castleRights, rule50, pliesFromNull;
707     Square epSquare;
708     Value value;
709     Value npMaterial[2];
710   };
711
712   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
713   newSt.previous = st;
714   st = &newSt;
715
716   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
717   // detect repetition draws.
718   history[gamePly] = key;
719   gamePly++;
720
721   // Update side to move
722   key ^= zobSideToMove;
723
724   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
725   // case of non-reversible moves is taken care of later.
726   st->rule50++;
727   st->pliesFromNull++;
728
729   if (move_is_castle(m))
730   {
731       st->key = key;
732       do_castle_move(m);
733       return;
734   }
735
736   Color us = side_to_move();
737   Color them = opposite_color(us);
738   Square from = move_from(m);
739   Square to = move_to(m);
740   bool ep = move_is_ep(m);
741   bool pm = move_is_promotion(m);
742
743   Piece piece = piece_on(from);
744   PieceType pt = type_of_piece(piece);
745   PieceType capture = ep ? PAWN : type_of_piece_on(to);
746
747   assert(color_of_piece_on(from) == us);
748   assert(color_of_piece_on(to) == them || square_is_empty(to));
749   assert(!(ep || pm) || piece == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
750   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
751
752   if (capture)
753       do_capture_move(key, capture, them, to, ep);
754
755   // Update hash key
756   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
757
758   // Reset en passant square
759   if (st->epSquare != SQ_NONE)
760   {
761       key ^= zobEp[st->epSquare];
762       st->epSquare = SQ_NONE;
763   }
764
765   // Update castle rights, try to shortcut a common case
766   int cm = castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
767   if (cm != ALL_CASTLES && ((cm & st->castleRights) != st->castleRights))
768   {
769       key ^= zobCastle[st->castleRights];
770       st->castleRights &= castleRightsMask[from];
771       st->castleRights &= castleRightsMask[to];
772       key ^= zobCastle[st->castleRights];
773   }
774
775   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
776   TT.prefetch(key);
777
778   // Move the piece
779   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
780   do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
781   do_move_bb(&(byTypeBB[pt]), move_bb);
782   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
783
784   board[to] = board[from];
785   board[from] = EMPTY;
786
787   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
788   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
789   // by known occupied squares.
790   index[to] = index[from];
791   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
792
793   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
794   if (pt == PAWN)
795   {
796       // Reset rule 50 draw counter
797       st->rule50 = 0;
798
799       // Update pawn hash key
800       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
801
802       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
803       if ((to ^ from) == 16)
804       {
805           if (attacks_from<PAWN>(from + (us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S), us) & pieces(PAWN, them))
806           {
807               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
808               key ^= zobEp[st->epSquare];
809           }
810       }
811   }
812
813   // Update incremental scores
814   st->value += pst_delta(piece, from, to);
815
816   // Set capture piece
817   st->capture = capture;
818
819   if (pm) // promotion ?
820   {
821       PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
822
823       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
824
825       // Insert promoted piece instead of pawn
826       clear_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
827       set_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
828       board[to] = piece_of_color_and_type(us, promotion);
829
830       // Update material key
831       st->materialKey ^= zobMaterial[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
832       st->materialKey ^= zobMaterial[us][promotion][pieceCount[us][promotion]+1];
833
834       // Update piece counts
835       pieceCount[us][PAWN]--;
836       pieceCount[us][promotion]++;
837
838       // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
839       // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
840       Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
841       index[lastPawnSquare] = index[to];
842       pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
843       pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
844       index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
845       pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
846
847       // Partially revert hash keys update
848       key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
849       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
850
851       // Partially revert and update incremental scores
852       st->value -= pst(us, PAWN, to);
853       st->value += pst(us, promotion, to);
854
855       // Update material
856       st->npMaterial[us] += piece_value_midgame(promotion);
857   }
858
859   // Update the key with the final value
860   st->key = key;
861
862   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
863   if (ep | pm)
864       st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces_of_color(us);
865   else
866   {
867       st->checkersBB = EmptyBoardBB;
868       Square ksq = king_square(them);
869       switch (pt)
870       {
871       case PAWN:   update_checkers<PAWN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
872       case KNIGHT: update_checkers<KNIGHT>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
873       case BISHOP: update_checkers<BISHOP>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
874       case ROOK:   update_checkers<ROOK>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
875       case QUEEN:  update_checkers<QUEEN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);  break;
876       case KING:   update_checkers<KING>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
877       default: assert(false); break;
878       }
879   }
880
881   // Finish
882   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
883   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
884
885   assert(is_ok());
886 }
887
888
889 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
890 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
891
892 void Position::do_capture_move(Bitboard& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
893
894     assert(capture != KING);
895
896     Square capsq = to;
897
898     if (ep) // en passant ?
899     {
900         capsq = (them == BLACK)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
901
902         assert(to == st->epSquare);
903         assert(relative_rank(opposite_color(them), to) == RANK_6);
904         assert(piece_on(to) == EMPTY);
905         assert(piece_on(capsq) == piece_of_color_and_type(them, PAWN));
906
907         board[capsq] = EMPTY;
908     }
909
910     // Remove captured piece
911     clear_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
912     clear_bit(&(byTypeBB[capture]), capsq);
913     clear_bit(&(byTypeBB[0]), capsq);
914
915     // Update hash key
916     key ^= zobrist[them][capture][capsq];
917
918     // Update incremental scores
919     st->value -= pst(them, capture, capsq);
920
921     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key,
922     // otherwise update non-pawn material.
923     if (capture == PAWN)
924         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
925     else
926         st->npMaterial[them] -= piece_value_midgame(capture);
927
928     // Update material hash key
929     st->materialKey ^= zobMaterial[them][capture][pieceCount[them][capture]];
930
931     // Update piece count
932     pieceCount[them][capture]--;
933
934     // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
935     //
936     // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
937     // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
938     // at the end of the list and not in its original place, it means
939     // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
940     // do_move() + undo_move() sequence.
941     Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
942     index[lastPieceSquare] = index[capsq];
943     pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
944     pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
945
946     // Reset rule 50 counter
947     st->rule50 = 0;
948 }
949
950
951 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
952 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
953 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
954 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
955
956 void Position::do_castle_move(Move m) {
957
958   assert(move_is_ok(m));
959   assert(move_is_castle(m));
960
961   Color us = side_to_move();
962   Color them = opposite_color(us);
963
964   // Reset capture field
965   st->capture = NO_PIECE_TYPE;
966
967   // Find source squares for king and rook
968   Square kfrom = move_from(m);
969   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
970   Square kto, rto;
971
972   assert(piece_on(kfrom) == piece_of_color_and_type(us, KING));
973   assert(piece_on(rfrom) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
974
975   // Find destination squares for king and rook
976   if (rfrom > kfrom) // O-O
977   {
978       kto = relative_square(us, SQ_G1);
979       rto = relative_square(us, SQ_F1);
980   } else { // O-O-O
981       kto = relative_square(us, SQ_C1);
982       rto = relative_square(us, SQ_D1);
983   }
984
985   // Remove pieces from source squares:
986   clear_bit(&(byColorBB[us]), kfrom);
987   clear_bit(&(byTypeBB[KING]), kfrom);
988   clear_bit(&(byTypeBB[0]), kfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
989   clear_bit(&(byColorBB[us]), rfrom);
990   clear_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rfrom);
991   clear_bit(&(byTypeBB[0]), rfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
992
993   // Put pieces on destination squares:
994   set_bit(&(byColorBB[us]), kto);
995   set_bit(&(byTypeBB[KING]), kto);
996   set_bit(&(byTypeBB[0]), kto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
997   set_bit(&(byColorBB[us]), rto);
998   set_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rto);
999   set_bit(&(byTypeBB[0]), rto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1000   
1001   // Update board array
1002   Piece king = piece_of_color_and_type(us, KING);
1003   Piece rook = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
1004   board[kfrom] = board[rfrom] = EMPTY;
1005   board[kto] = king;
1006   board[rto] = rook;
1007
1008   // Update piece lists
1009   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1010   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1011   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be rto == kfrom
1012   index[kto] = index[kfrom];
1013   index[rto] = tmp;
1014
1015   // Update incremental scores
1016   st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1017   st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1018
1019   // Update hash key
1020   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1021   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1022
1023   // Clear en passant square
1024   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1025   {
1026       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1027       st->epSquare = SQ_NONE;
1028   }
1029
1030   // Update castling rights
1031   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1032   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1033   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1034
1035   // Reset rule 50 counter
1036   st->rule50 = 0;
1037
1038   // Update checkers BB
1039   st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces_of_color(us);
1040
1041   // Finish
1042   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1043   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1044
1045   assert(is_ok());
1046 }
1047
1048
1049 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1050 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1051
1052 void Position::undo_move(Move m) {
1053
1054   assert(is_ok());
1055   assert(move_is_ok(m));
1056
1057   gamePly--;
1058   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1059
1060   if (move_is_castle(m))
1061   {
1062       undo_castle_move(m);
1063       return;
1064   }
1065
1066   Color us = side_to_move();
1067   Color them = opposite_color(us);
1068   Square from = move_from(m);
1069   Square to = move_to(m);
1070   bool ep = move_is_ep(m);
1071   bool pm = move_is_promotion(m);
1072
1073   PieceType pt = type_of_piece_on(to);
1074
1075   assert(square_is_empty(from));
1076   assert(color_of_piece_on(to) == us);
1077   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1078   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1079   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1080   assert(!ep || piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
1081
1082   if (pm) // promotion ?
1083   {
1084       PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
1085       pt = PAWN;
1086
1087       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1088       assert(piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, promotion));
1089
1090       // Replace promoted piece with a pawn
1091       clear_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
1092       set_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
1093
1094       // Update piece counts
1095       pieceCount[us][promotion]--;
1096       pieceCount[us][PAWN]++;
1097
1098       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1099       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1100       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1101       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1102       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1103       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1104       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1105   }
1106
1107
1108   // Put the piece back at the source square
1109   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1110   do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
1111   do_move_bb(&(byTypeBB[pt]), move_bb);
1112   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1113
1114   board[from] = piece_of_color_and_type(us, pt);
1115   board[to] = EMPTY;
1116
1117   // Update piece list
1118   index[from] = index[to];
1119   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1120
1121   if (st->capture)
1122   {
1123       Square capsq = to;
1124
1125       if (ep)
1126           capsq = (us == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1127
1128       assert(st->capture != KING);
1129       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1130
1131       // Restore the captured piece
1132       set_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
1133       set_bit(&(byTypeBB[st->capture]), capsq);
1134       set_bit(&(byTypeBB[0]), capsq);
1135
1136       board[capsq] = piece_of_color_and_type(them, st->capture);
1137
1138       // Update piece count
1139       pieceCount[them][st->capture]++;
1140
1141       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1142       index[capsq] = pieceCount[them][st->capture] - 1;
1143       pieceList[them][st->capture][index[capsq]] = capsq;
1144   }
1145
1146   // Finally point our state pointer back to the previous state
1147   st = st->previous;
1148
1149   assert(is_ok());
1150 }
1151
1152
1153 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1154 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1155 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1156 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1157
1158 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1159
1160   assert(move_is_ok(m));
1161   assert(move_is_castle(m));
1162
1163   // When we have arrived here, some work has already been done by
1164   // Position::undo_move.  In particular, the side to move has been switched,
1165   // so the code below is correct.
1166   Color us = side_to_move();
1167
1168   // Find source squares for king and rook
1169   Square kfrom = move_from(m);
1170   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
1171   Square kto, rto;
1172
1173   // Find destination squares for king and rook
1174   if (rfrom > kfrom) // O-O
1175   {
1176       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1177       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1178   } else { // O-O-O
1179       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1180       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1181   }
1182
1183   assert(piece_on(kto) == piece_of_color_and_type(us, KING));
1184   assert(piece_on(rto) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
1185   
1186   // Remove pieces from destination squares:
1187   clear_bit(&(byColorBB[us]), kto);
1188   clear_bit(&(byTypeBB[KING]), kto);
1189   clear_bit(&(byTypeBB[0]), kto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1190   clear_bit(&(byColorBB[us]), rto);
1191   clear_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rto);
1192   clear_bit(&(byTypeBB[0]), rto); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1193  
1194   // Put pieces on source squares:
1195   set_bit(&(byColorBB[us]), kfrom);
1196   set_bit(&(byTypeBB[KING]), kfrom);
1197   set_bit(&(byTypeBB[0]), kfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1198   set_bit(&(byColorBB[us]), rfrom);
1199   set_bit(&(byTypeBB[ROOK]), rfrom);
1200   set_bit(&(byTypeBB[0]), rfrom); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1201
1202   // Update board
1203   board[rto] = board[kto] = EMPTY;
1204   board[rfrom] = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
1205   board[kfrom] = piece_of_color_and_type(us, KING);
1206
1207   // Update piece lists
1208   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1209   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1210   int tmp = index[rto];  // In Chess960 could be rto == kfrom
1211   index[kfrom] = index[kto];
1212   index[rfrom] = tmp;
1213
1214   // Finally point our state pointer back to the previous state
1215   st = st->previous;
1216
1217   assert(is_ok());
1218 }
1219
1220
1221 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1222 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1223
1224 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1225
1226   assert(is_ok());
1227   assert(!is_check());
1228
1229   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1230   // StateInfo object.
1231   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1232   // a backup storage not as a new state to be used.
1233   backupSt.key      = st->key;
1234   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1235   backupSt.value    = st->value;
1236   backupSt.previous = st->previous;
1237   backupSt.pliesFromNull = st->pliesFromNull;
1238   st->previous = &backupSt;
1239
1240   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
1241   // detect repetition draws.
1242   history[gamePly] = st->key;
1243
1244   // Update the necessary information
1245   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1246       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1247
1248   st->key ^= zobSideToMove;
1249   TT.prefetch(st->key);
1250
1251   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1252   st->epSquare = SQ_NONE;
1253   st->rule50++;
1254   st->pliesFromNull = 0;
1255   st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1256   gamePly++;
1257 }
1258
1259
1260 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1261
1262 void Position::undo_null_move() {
1263
1264   assert(is_ok());
1265   assert(!is_check());
1266
1267   // Restore information from the our backup StateInfo object
1268   StateInfo* backupSt = st->previous;
1269   st->key      = backupSt->key;
1270   st->epSquare = backupSt->epSquare;
1271   st->value    = backupSt->value;
1272   st->previous = backupSt->previous;
1273   st->pliesFromNull = backupSt->pliesFromNull;
1274
1275   // Update the necessary information
1276   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1277   st->rule50--;
1278   gamePly--;
1279 }
1280
1281
1282 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1283 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1284 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1285 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1286 /// not yet understand promotions captures.
1287
1288 int Position::see(Square to) const {
1289
1290   assert(square_is_ok(to));
1291   return see(SQ_NONE, to);
1292 }
1293
1294 int Position::see(Move m) const {
1295
1296   assert(move_is_ok(m));
1297   return see(move_from(m), move_to(m));
1298 }
1299
1300 int Position::see_sign(Move m) const {
1301
1302   assert(move_is_ok(m));
1303
1304   Square from = move_from(m);
1305   Square to = move_to(m);
1306
1307   // Early return if SEE cannot be negative because capturing piece value
1308   // is not bigger then captured one.
1309   if (   midgame_value_of_piece_on(from) <= midgame_value_of_piece_on(to)
1310       && type_of_piece_on(from) != KING)
1311          return 1;
1312
1313   return see(from, to);
1314 }
1315
1316 int Position::see(Square from, Square to) const {
1317
1318   // Material values
1319   static const int seeValues[18] = {
1320     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1321        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1322     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1323        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1324     0, 0
1325   };
1326
1327   Bitboard attackers, stmAttackers, b;
1328
1329   assert(square_is_ok(from) || from == SQ_NONE);
1330   assert(square_is_ok(to));
1331
1332   // Initialize colors
1333   Color us = (from != SQ_NONE ? color_of_piece_on(from) : opposite_color(color_of_piece_on(to)));
1334   Color them = opposite_color(us);
1335
1336   // Initialize pieces
1337   Piece piece = piece_on(from);
1338   Piece capture = piece_on(to);
1339   Bitboard occ = occupied_squares();
1340
1341   // King cannot be recaptured
1342   if (type_of_piece(piece) == KING)
1343       return seeValues[capture];
1344
1345   // Handle en passant moves
1346   if (st->epSquare == to && type_of_piece_on(from) == PAWN)
1347   {
1348       assert(capture == EMPTY);
1349
1350       Square capQq = (side_to_move() == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1351       capture = piece_on(capQq);
1352       assert(type_of_piece_on(capQq) == PAWN);
1353
1354       // Remove the captured pawn
1355       clear_bit(&occ, capQq);
1356   }
1357
1358   while (true)
1359   {
1360       // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1361       // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1362       clear_bit(&occ, from);
1363       attackers =  (rook_attacks_bb(to, occ)      & pieces(ROOK, QUEEN))
1364                  | (bishop_attacks_bb(to, occ)    & pieces(BISHOP, QUEEN))
1365                  | (attacks_from<KNIGHT>(to)      & pieces(KNIGHT))
1366                  | (attacks_from<KING>(to)        & pieces(KING))
1367                  | (attacks_from<PAWN>(to, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
1368                  | (attacks_from<PAWN>(to, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE));
1369
1370       if (from != SQ_NONE)
1371           break;
1372
1373       // If we don't have any attacker we are finished
1374       if ((attackers & pieces_of_color(us)) == EmptyBoardBB)
1375           return 0;
1376
1377       // Locate the least valuable attacker to the destination square
1378       // and use it to initialize from square.
1379       stmAttackers = attackers & pieces_of_color(us);
1380       PieceType pt;
1381       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1382           assert(pt < KING);
1383
1384       from = first_1(stmAttackers & pieces(pt));
1385       piece = piece_on(from);
1386   }
1387
1388   // If the opponent has no attackers we are finished
1389   stmAttackers = attackers & pieces_of_color(them);
1390   if (!stmAttackers)
1391       return seeValues[capture];
1392
1393   attackers &= occ; // Remove the moving piece
1394
1395   // The destination square is defended, which makes things rather more
1396   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1397   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1398   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1399   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1400   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1401   int lastCapturingPieceValue = seeValues[piece];
1402   int swapList[32], n = 1;
1403   Color c = them;
1404   PieceType pt;
1405
1406   swapList[0] = seeValues[capture];
1407
1408   do {
1409       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1410       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1411       // that the side to move still has at least one attacker left.
1412       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1413           assert(pt < KING);
1414
1415       // Remove the attacker we just found from the 'attackers' bitboard,
1416       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1417       b = stmAttackers & pieces(pt);
1418       occ ^= (b & (~b + 1));
1419       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occ) &  pieces(ROOK, QUEEN))
1420                   | (bishop_attacks_bb(to, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1421
1422       attackers &= occ;
1423
1424       // Add the new entry to the swap list
1425       assert(n < 32);
1426       swapList[n] = -swapList[n - 1] + lastCapturingPieceValue;
1427       n++;
1428
1429       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to move
1430       // before beginning the next iteration
1431       lastCapturingPieceValue = seeValues[pt];
1432       c = opposite_color(c);
1433       stmAttackers = attackers & pieces_of_color(c);
1434
1435       // Stop after a king capture
1436       if (pt == KING && stmAttackers)
1437       {
1438           assert(n < 32);
1439           swapList[n++] = QueenValueMidgame*10;
1440           break;
1441       }
1442   } while (stmAttackers);
1443
1444   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1445   // achievable score from the point of view of the side to move
1446   while (--n)
1447       swapList[n-1] = Min(-swapList[n], swapList[n-1]);
1448
1449   return swapList[0];
1450 }
1451
1452
1453 /// Position::saveState() copies the content of the current state
1454 /// inside startState and makes st point to it. This is needed
1455 /// when the st pointee could become stale, as example because
1456 /// the caller is about to going out of scope.
1457
1458 void Position::saveState() {
1459
1460   startState = *st;
1461   st = &startState;
1462   st->previous = NULL; // as a safe guard
1463 }
1464
1465
1466 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1467 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1468
1469 void Position::clear() {
1470
1471   st = &startState;
1472   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1473   st->epSquare = SQ_NONE;
1474
1475   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1476   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1477   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1478   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1479
1480   for (int i = 0; i < 64; i++)
1481       board[i] = EMPTY;
1482
1483   for (int i = 0; i < 8; i++)
1484       for (int j = 0; j < 16; j++)
1485           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1486
1487   sideToMove = WHITE;
1488   gamePly = 0;
1489   initialKFile = FILE_E;
1490   initialKRFile = FILE_H;
1491   initialQRFile = FILE_A;
1492 }
1493
1494
1495 /// Position::reset_game_ply() simply sets gamePly to 0. It is used from the
1496 /// UCI interface code, whenever a non-reversible move is made in a
1497 /// 'position fen <fen> moves m1 m2 ...' command.  This makes it possible
1498 /// for the program to handle games of arbitrary length, as long as the GUI
1499 /// handles draws by the 50 move rule correctly.
1500
1501 void Position::reset_game_ply() {
1502
1503   gamePly = 0;
1504 }
1505
1506
1507 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1508 /// updating the board array, bitboards, and piece counts.
1509
1510 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1511
1512   Color c = color_of_piece(p);
1513   PieceType pt = type_of_piece(p);
1514
1515   board[s] = p;
1516   index[s] = pieceCount[c][pt];
1517   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1518
1519   set_bit(&(byTypeBB[pt]), s);
1520   set_bit(&(byColorBB[c]), s);
1521   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1522
1523   pieceCount[c][pt]++;
1524 }
1525
1526
1527 /// Position::allow_oo() gives the given side the right to castle kingside.
1528 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1529
1530 void Position::allow_oo(Color c) {
1531
1532   st->castleRights |= (1 + int(c));
1533 }
1534
1535
1536 /// Position::allow_ooo() gives the given side the right to castle queenside.
1537 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1538
1539 void Position::allow_ooo(Color c) {
1540
1541   st->castleRights |= (4 + 4*int(c));
1542 }
1543
1544
1545 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1546 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1547 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1548 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1549
1550 Key Position::compute_key() const {
1551
1552   Key result = Key(0ULL);
1553
1554   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1555       if (square_is_occupied(s))
1556           result ^= zobrist[color_of_piece_on(s)][type_of_piece_on(s)][s];
1557
1558   if (ep_square() != SQ_NONE)
1559       result ^= zobEp[ep_square()];
1560
1561   result ^= zobCastle[st->castleRights];
1562   if (side_to_move() == BLACK)
1563       result ^= zobSideToMove;
1564
1565   return result;
1566 }
1567
1568
1569 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1570 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1571 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1572 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1573 /// debug mode.
1574
1575 Key Position::compute_pawn_key() const {
1576
1577   Key result = Key(0ULL);
1578   Bitboard b;
1579   Square s;
1580
1581   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1582   {
1583       b = pieces(PAWN, c);
1584       while(b)
1585       {
1586           s = pop_1st_bit(&b);
1587           result ^= zobrist[c][PAWN][s];
1588       }
1589   }
1590   return result;
1591 }
1592
1593
1594 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1595 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1596 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1597 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1598 /// debug mode.
1599
1600 Key Position::compute_material_key() const {
1601
1602   Key result = Key(0ULL);
1603   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1604       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1605       {
1606           int count = piece_count(c, pt);
1607           for (int i = 0; i <= count; i++)
1608               result ^= zobMaterial[c][pt][i];
1609       }
1610   return result;
1611 }
1612
1613
1614 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1615 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1616 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1617 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1618 Score Position::compute_value() const {
1619
1620   Score result = make_score(0, 0);
1621   Bitboard b;
1622   Square s;
1623
1624   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1625       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1626       {
1627           b = pieces(pt, c);
1628           while(b)
1629           {
1630               s = pop_1st_bit(&b);
1631               assert(piece_on(s) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1632               result += pst(c, pt, s);
1633           }
1634       }
1635
1636   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1637   return result;
1638 }
1639
1640
1641 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1642 /// game material score for the given side. Material scores are updated
1643 /// incrementally during the search, this function is only used while
1644 /// initializing a new Position object.
1645
1646 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1647
1648   Value result = Value(0);
1649
1650   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1651   {
1652       Bitboard b = pieces(pt, c);
1653       while (b)
1654       {
1655           assert(piece_on(first_1(b)) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1656           pop_1st_bit(&b);
1657           result += piece_value_midgame(pt);
1658       }
1659   }
1660   return result;
1661 }
1662
1663
1664 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1665 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1666 /// must be done by the search.
1667
1668 bool Position::is_draw() const {
1669
1670   // Draw by material?
1671   if (   !pieces(PAWN)
1672       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1673       return true;
1674
1675   // Draw by the 50 moves rule?
1676   if (st->rule50 > 100 || (st->rule50 == 100 && !is_check()))
1677       return true;
1678
1679   // Draw by repetition?
1680   for (int i = 2; i < Min(Min(gamePly, st->rule50), st->pliesFromNull); i += 2)
1681       if (history[gamePly - i] == st->key)
1682           return true;
1683
1684   return false;
1685 }
1686
1687
1688 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1689 /// side to move is checkmated.
1690
1691 bool Position::is_mate() const {
1692
1693   MoveStack moves[256];
1694   return is_check() && (generate_moves(*this, moves, false) == moves);
1695 }
1696
1697
1698 /// Position::has_mate_threat() tests whether a given color has a mate in one
1699 /// from the current position.
1700
1701 bool Position::has_mate_threat(Color c) {
1702
1703   StateInfo st1, st2;
1704   Color stm = side_to_move();
1705
1706   if (is_check())
1707       return false;
1708
1709   // If the input color is not equal to the side to move, do a null move
1710   if (c != stm)
1711       do_null_move(st1);
1712
1713   MoveStack mlist[120];
1714   bool result = false;
1715   Bitboard pinned = pinned_pieces(sideToMove);
1716
1717   // Generate pseudo-legal non-capture and capture check moves
1718   MoveStack* last = generate_non_capture_checks(*this, mlist);
1719   last = generate_captures(*this, last);
1720
1721   // Loop through the moves, and see if one of them is mate
1722   for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
1723   {
1724       Move move = cur->move;
1725       if (!pl_move_is_legal(move, pinned))
1726           continue;
1727
1728       do_move(move, st2);
1729       if (is_mate())
1730           result = true;
1731
1732       undo_move(move);
1733   }
1734
1735   // Undo null move, if necessary
1736   if (c != stm)
1737       undo_null_move();
1738
1739   return result;
1740 }
1741
1742
1743 /// Position::init_zobrist() is a static member function which initializes the
1744 /// various arrays used to compute hash keys.
1745
1746 void Position::init_zobrist() {
1747
1748   for (int i = 0; i < 2; i++)
1749       for (int j = 0; j < 8; j++)
1750           for (int k = 0; k < 64; k++)
1751               zobrist[i][j][k] = Key(genrand_int64());
1752
1753   for (int i = 0; i < 64; i++)
1754       zobEp[i] = Key(genrand_int64());
1755
1756   for (int i = 0; i < 16; i++)
1757       zobCastle[i] = genrand_int64();
1758
1759   zobSideToMove = genrand_int64();
1760
1761   for (int i = 0; i < 2; i++)
1762       for (int j = 0; j < 8; j++)
1763           for (int k = 0; k < 16; k++)
1764               zobMaterial[i][j][k] = (k > 0)? Key(genrand_int64()) : Key(0LL);
1765
1766   for (int i = 0; i < 16; i++)
1767       zobMaterial[0][KING][i] = zobMaterial[1][KING][i] = Key(0ULL);
1768 }
1769
1770
1771 /// Position::init_piece_square_tables() initializes the piece square tables.
1772 /// This is a two-step operation:  First, the white halves of the tables are
1773 /// copied from the MgPST[][] and EgPST[][] arrays, with a small random number
1774 /// added to each entry if the "Randomness" UCI parameter is non-zero.
1775 /// Second, the black halves of the tables are initialized by mirroring
1776 /// and changing the sign of the corresponding white scores.
1777
1778 void Position::init_piece_square_tables() {
1779
1780   int r = get_option_value_int("Randomness"), i;
1781   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1782       for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1783       {
1784           i = (r == 0)? 0 : (genrand_int32() % (r*2) - r);
1785           PieceSquareTable[p][s] = make_score(MgPST[p][s] + i, EgPST[p][s] + i);
1786       }
1787
1788   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1789       for (Piece p = BP; p <= BK; p++)
1790           PieceSquareTable[p][s] = -PieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1791 }
1792
1793
1794 /// Position::flipped_copy() makes a copy of the input position, but with
1795 /// the white and black sides reversed. This is only useful for debugging,
1796 /// especially for finding evaluation symmetry bugs.
1797
1798 void Position::flipped_copy(const Position& pos) {
1799
1800   assert(pos.is_ok());
1801
1802   clear();
1803
1804   // Board
1805   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1806       if (!pos.square_is_empty(s))
1807           put_piece(Piece(int(pos.piece_on(s)) ^ 8), flip_square(s));
1808
1809   // Side to move
1810   sideToMove = opposite_color(pos.side_to_move());
1811
1812   // Castling rights
1813   if (pos.can_castle_kingside(WHITE))  allow_oo(BLACK);
1814   if (pos.can_castle_queenside(WHITE)) allow_ooo(BLACK);
1815   if (pos.can_castle_kingside(BLACK))  allow_oo(WHITE);
1816   if (pos.can_castle_queenside(BLACK)) allow_ooo(WHITE);
1817
1818   initialKFile  = pos.initialKFile;
1819   initialKRFile = pos.initialKRFile;
1820   initialQRFile = pos.initialQRFile;
1821
1822   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1823       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1824
1825   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_1)] ^= (WHITE_OO | WHITE_OOO);
1826   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_8)] ^= (BLACK_OO | BLACK_OOO);
1827   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OO;
1828   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OO;
1829   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OOO;
1830   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OOO;
1831
1832   // En passant square
1833   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1834       st->epSquare = flip_square(pos.st->epSquare);
1835
1836   // Checkers
1837   find_checkers();
1838
1839   // Hash keys
1840   st->key = compute_key();
1841   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1842   st->materialKey = compute_material_key();
1843
1844   // Incremental scores
1845   st->value = compute_value();
1846
1847   // Material
1848   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1849   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1850
1851   assert(is_ok());
1852 }
1853
1854
1855 /// Position::is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1856 /// This is meant to be helpful when debugging.
1857
1858 bool Position::is_ok(int* failedStep) const {
1859
1860   // What features of the position should be verified?
1861   static const bool debugBitboards = false;
1862   static const bool debugKingCount = false;
1863   static const bool debugKingCapture = false;
1864   static const bool debugCheckerCount = false;
1865   static const bool debugKey = false;
1866   static const bool debugMaterialKey = false;
1867   static const bool debugPawnKey = false;
1868   static const bool debugIncrementalEval = false;
1869   static const bool debugNonPawnMaterial = false;
1870   static const bool debugPieceCounts = false;
1871   static const bool debugPieceList = false;
1872
1873   if (failedStep) *failedStep = 1;
1874
1875   // Side to move OK?
1876   if (!color_is_ok(side_to_move()))
1877       return false;
1878
1879   // Are the king squares in the position correct?
1880   if (failedStep) (*failedStep)++;
1881   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1882       return false;
1883
1884   if (failedStep) (*failedStep)++;
1885   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1886       return false;
1887
1888   // Castle files OK?
1889   if (failedStep) (*failedStep)++;
1890   if (!file_is_ok(initialKRFile))
1891       return false;
1892
1893   if (!file_is_ok(initialQRFile))
1894       return false;
1895
1896   // Do both sides have exactly one king?
1897   if (failedStep) (*failedStep)++;
1898   if (debugKingCount)
1899   {
1900       int kingCount[2] = {0, 0};
1901       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1902           if (type_of_piece_on(s) == KING)
1903               kingCount[color_of_piece_on(s)]++;
1904
1905       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1906           return false;
1907   }
1908
1909   // Can the side to move capture the opponent's king?
1910   if (failedStep) (*failedStep)++;
1911   if (debugKingCapture)
1912   {
1913       Color us = side_to_move();
1914       Color them = opposite_color(us);
1915       Square ksq = king_square(them);
1916       if (attackers_to(ksq) & pieces_of_color(us))
1917           return false;
1918   }
1919
1920   // Is there more than 2 checkers?
1921   if (failedStep) (*failedStep)++;
1922   if (debugCheckerCount && count_1s(st->checkersBB) > 2)
1923       return false;
1924
1925   // Bitboards OK?
1926   if (failedStep) (*failedStep)++;
1927   if (debugBitboards)
1928   {
1929       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1930       if ((pieces_of_color(WHITE) & pieces_of_color(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1931           return false;
1932
1933       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1934       // occupied squares
1935       if ((pieces_of_color(WHITE) | pieces_of_color(BLACK)) != occupied_squares())
1936           return false;
1937
1938       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1939       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1940           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1941               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1942                   return false;
1943   }
1944
1945   // En passant square OK?
1946   if (failedStep) (*failedStep)++;
1947   if (ep_square() != SQ_NONE)
1948   {
1949       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1950       // side to move.
1951       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1952           return false;
1953   }
1954
1955   // Hash key OK?
1956   if (failedStep) (*failedStep)++;
1957   if (debugKey && st->key != compute_key())
1958       return false;
1959
1960   // Pawn hash key OK?
1961   if (failedStep) (*failedStep)++;
1962   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1963       return false;
1964
1965   // Material hash key OK?
1966   if (failedStep) (*failedStep)++;
1967   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1968       return false;
1969
1970   // Incremental eval OK?
1971   if (failedStep) (*failedStep)++;
1972   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1973       return false;
1974
1975   // Non-pawn material OK?
1976   if (failedStep) (*failedStep)++;
1977   if (debugNonPawnMaterial)
1978   {
1979       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1980           return false;
1981
1982       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1983           return false;
1984   }
1985
1986   // Piece counts OK?
1987   if (failedStep) (*failedStep)++;
1988   if (debugPieceCounts)
1989       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1990           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1991               if (pieceCount[c][pt] != count_1s(pieces(pt, c)))
1992                   return false;
1993
1994   if (failedStep) (*failedStep)++;
1995   if (debugPieceList)
1996   {
1997       for(Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1998           for(PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1999               for(int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
2000               {
2001                   if (piece_on(piece_list(c, pt, i)) != piece_of_color_and_type(c, pt))
2002                       return false;
2003
2004                   if (index[piece_list(c, pt, i)] != i)
2005                       return false;
2006               }
2007   }
2008   if (failedStep) *failedStep = 0;
2009   return true;
2010 }