Unify undo_ep_move(m)
[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 Value Position::MgPieceSquareTable[16][64];
56 Value Position::EgPieceSquareTable[16][64];
57
58 static bool RequestPending = false;
59
60 ////
61 //// Functions
62 ////
63
64 /// Constructors
65
66 Position::Position(const Position& pos) {
67   copy(pos);
68 }
69
70 Position::Position(const string& fen) {
71   from_fen(fen);
72 }
73
74
75 /// Position::from_fen() initializes the position object with the given FEN
76 /// string. This function is not very robust - make sure that input FENs are
77 /// correct (this is assumed to be the responsibility of the GUI).
78
79 void Position::from_fen(const string& fen) {
80
81   static const string pieceLetters = "KQRBNPkqrbnp";
82   static const Piece pieces[] = { WK, WQ, WR, WB, WN, WP, BK, BQ, BR, BB, BN, BP };
83
84   clear();
85
86   // Board
87   Rank rank = RANK_8;
88   File file = FILE_A;
89   size_t i = 0;
90   for ( ; fen[i] != ' '; i++)
91   {
92       if (isdigit(fen[i]))
93       {
94           // Skip the given number of files
95           file += (fen[i] - '1' + 1);
96           continue;
97       }
98       else if (fen[i] == '/')
99       {
100           file = FILE_A;
101           rank--;
102           continue;
103       }
104       size_t idx = pieceLetters.find(fen[i]);
105       if (idx == string::npos)
106       {
107            std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
108            return;
109       }
110       Square square = make_square(file, rank);
111       put_piece(pieces[idx], square);
112       file++;
113   }
114
115   // Side to move
116   i++;
117   if (fen[i] != 'w' && fen[i] != 'b')
118   {
119       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
120       return;
121   }
122   sideToMove = (fen[i] == 'w' ? WHITE : BLACK);
123
124   // Castling rights
125   i++;
126   if (fen[i] != ' ')
127   {
128       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
129       return;
130   }
131
132   i++;
133   while(strchr("KQkqabcdefghABCDEFGH-", fen[i])) {
134     if (fen[i] == '-')
135     {
136       i++;
137       break;
138     }
139     else if(fen[i] == 'K') allow_oo(WHITE);
140     else if(fen[i] == 'Q') allow_ooo(WHITE);
141     else if(fen[i] == 'k') allow_oo(BLACK);
142     else if(fen[i] == 'q') allow_ooo(BLACK);
143     else if(fen[i] >= 'A' && fen[i] <= 'H') {
144       File rookFile, kingFile = FILE_NONE;
145       for(Square square = SQ_B1; square <= SQ_G1; square++)
146         if(piece_on(square) == WK)
147           kingFile = square_file(square);
148       if(kingFile == FILE_NONE) {
149         std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
150         return;
151       }
152       initialKFile = kingFile;
153       rookFile = File(fen[i] - 'A') + FILE_A;
154       if(rookFile < initialKFile) {
155         allow_ooo(WHITE);
156         initialQRFile = rookFile;
157       }
158       else {
159         allow_oo(WHITE);
160         initialKRFile = rookFile;
161       }
162     }
163     else if(fen[i] >= 'a' && fen[i] <= 'h') {
164       File rookFile, kingFile = FILE_NONE;
165       for(Square square = SQ_B8; square <= SQ_G8; square++)
166         if(piece_on(square) == BK)
167           kingFile = square_file(square);
168       if(kingFile == FILE_NONE) {
169         std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
170         return;
171       }
172       initialKFile = kingFile;
173       rookFile = File(fen[i] - 'a') + FILE_A;
174       if(rookFile < initialKFile) {
175         allow_ooo(BLACK);
176         initialQRFile = rookFile;
177       }
178       else {
179         allow_oo(BLACK);
180         initialKRFile = rookFile;
181       }
182     }
183     else {
184       std::cout << "Error in FEN at character " << i << std::endl;
185       return;
186     }
187     i++;
188   }
189
190   // Skip blanks
191   while (fen[i] == ' ')
192       i++;
193
194   // En passant square
195   if (    i <= fen.length() - 2
196       && (fen[i] >= 'a' && fen[i] <= 'h')
197       && (fen[i+1] == '3' || fen[i+1] == '6'))
198       st->epSquare = square_from_string(fen.substr(i, 2));
199
200   // Various initialisation
201   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
202       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
203
204   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_1)] ^= (WHITE_OO|WHITE_OOO);
205   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_8)] ^= (BLACK_OO|BLACK_OOO);
206   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_1)] ^= WHITE_OO;
207   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_8)] ^= BLACK_OO;
208   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_1)] ^= WHITE_OOO;
209   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_8)] ^= BLACK_OOO;
210
211   find_checkers();
212
213   st->key = compute_key();
214   st->pawnKey = compute_pawn_key();
215   st->materialKey = compute_material_key();
216   st->mgValue = compute_value<MidGame>();
217   st->egValue = compute_value<EndGame>();
218   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
219   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
220 }
221
222
223 /// Position::to_fen() converts the position object to a FEN string. This is
224 /// probably only useful for debugging.
225
226 const string Position::to_fen() const {
227
228   static const string pieceLetters = " PNBRQK  pnbrqk";
229   string fen;
230   int skip;
231
232   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
233   {
234       skip = 0;
235       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
236       {
237           Square sq = make_square(file, rank);
238           if (!square_is_occupied(sq))
239           {   skip++;
240               continue;
241           }
242           if (skip > 0)
243           {
244               fen += (char)skip + '0';
245               skip = 0;
246           }
247           fen += pieceLetters[piece_on(sq)];
248       }
249       if (skip > 0)
250           fen += (char)skip + '0';
251
252       fen += (rank > RANK_1 ? '/' : ' ');
253   }
254   fen += (sideToMove == WHITE ? "w " : "b ");
255   if (st->castleRights != NO_CASTLES)
256   {
257     if (can_castle_kingside(WHITE))  fen += 'K';
258     if (can_castle_queenside(WHITE)) fen += 'Q';
259     if (can_castle_kingside(BLACK))  fen += 'k';
260     if (can_castle_queenside(BLACK)) fen += 'q';
261   } else
262       fen += '-';
263
264   fen += ' ';
265   if (ep_square() != SQ_NONE)
266       fen += square_to_string(ep_square());
267   else
268       fen += '-';
269
270   return fen;
271 }
272
273
274 /// Position::print() prints an ASCII representation of the position to
275 /// the standard output. If a move is given then also the san is print.
276
277 void Position::print(Move m) const {
278
279   static const string pieceLetters = " PNBRQK  PNBRQK .";
280
281   // Check for reentrancy, as example when called from inside
282   // MovePicker that is used also here in move_to_san()
283   if (RequestPending)
284       return;
285
286   RequestPending = true;
287
288   std::cout << std::endl;
289   if (m != MOVE_NONE)
290   {
291       string col = (color_of_piece_on(move_from(m)) == BLACK ? ".." : "");
292       std::cout << "Move is: " << col << move_to_san(*this, m) << std::endl;
293   }
294   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
295   {
296       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
297       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
298       {
299           Square sq = make_square(file, rank);
300           Piece piece = piece_on(sq);
301           if (piece == EMPTY && square_color(sq) == WHITE)
302               piece = NO_PIECE;
303
304           char col = (color_of_piece_on(sq) == BLACK ? '=' : ' ');
305           std::cout << '|' << col << pieceLetters[piece] << col;
306       }
307       std::cout << '|' << std::endl;
308   }
309   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl
310             << "Fen is: " << to_fen() << std::endl
311             << "Key is: " << st->key << std::endl;
312
313   RequestPending = false;
314 }
315
316
317 /// Position::copy() creates a copy of the input position.
318
319 void Position::copy(const Position& pos) {
320
321   memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
322   saveState(); // detach and copy state info
323 }
324
325
326 /// Position:hidden_checkers<>() returns a bitboard of all pinned (against the
327 /// king) pieces for the given color and for the given pinner type. Or, when
328 /// template parameter FindPinned is false, the pieces of the given color
329 /// candidate for a discovery check against the enemy king.
330 /// Note that checkersBB bitboard must be already updated.
331
332 template<bool FindPinned>
333 Bitboard Position::hidden_checkers(Color c) const {
334
335   Bitboard pinners, result = EmptyBoardBB;
336
337   // Pinned pieces protect our king, dicovery checks attack
338   // the enemy king.
339   Square ksq = king_square(FindPinned ? c : opposite_color(c));
340
341   // Pinners are sliders, not checkers, that give check when
342   // candidate pinned is removed.
343   pinners =  (rooks_and_queens(FindPinned ? opposite_color(c) : c) & RookPseudoAttacks[ksq])
344            | (bishops_and_queens(FindPinned ? opposite_color(c) : c) & BishopPseudoAttacks[ksq]);
345
346   if (FindPinned && pinners)
347       pinners &= ~st->checkersBB;
348
349   while (pinners)
350   {
351       Square s = pop_1st_bit(&pinners);
352       Bitboard b = squares_between(s, ksq) & occupied_squares();
353
354       assert(b);
355
356       if (  !(b & (b - 1)) // Only one bit set?
357           && (b & pieces_of_color(c))) // Is an our piece?
358           result |= b;
359   }
360   return result;
361 }
362
363
364 /// Position:pinned_pieces() returns a bitboard of all pinned (against the
365 /// king) pieces for the given color.
366
367 Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
368
369   return hidden_checkers<true>(c);
370 }
371
372
373 /// Position:discovered_check_candidates() returns a bitboard containing all
374 /// pieces for the given side which are candidates for giving a discovered
375 /// check.
376
377 Bitboard Position::discovered_check_candidates(Color c) const {
378
379   return hidden_checkers<false>(c);
380 }
381
382 /// Position::attacks_to() computes a bitboard containing all pieces which
383 /// attacks a given square.
384
385 Bitboard Position::attacks_to(Square s) const {
386
387   return  (pawn_attacks(BLACK, s)   & pawns(WHITE))
388         | (pawn_attacks(WHITE, s)   & pawns(BLACK))
389         | (piece_attacks<KNIGHT>(s) & pieces_of_type(KNIGHT))
390         | (piece_attacks<ROOK>(s)   & rooks_and_queens())
391         | (piece_attacks<BISHOP>(s) & bishops_and_queens())
392         | (piece_attacks<KING>(s)   & pieces_of_type(KING));
393 }
394
395 /// Position::piece_attacks_square() tests whether the piece on square f
396 /// attacks square t.
397
398 bool Position::piece_attacks_square(Piece p, Square f, Square t) const {
399
400   assert(square_is_ok(f));
401   assert(square_is_ok(t));
402
403   switch (p)
404   {
405   case WP:          return pawn_attacks_square(WHITE, f, t);
406   case BP:          return pawn_attacks_square(BLACK, f, t);
407   case WN: case BN: return piece_attacks_square<KNIGHT>(f, t);
408   case WB: case BB: return piece_attacks_square<BISHOP>(f, t);
409   case WR: case BR: return piece_attacks_square<ROOK>(f, t);
410   case WQ: case BQ: return piece_attacks_square<QUEEN>(f, t);
411   case WK: case BK: return piece_attacks_square<KING>(f, t);
412   default: break;
413   }
414   return false;
415 }
416
417
418 /// Position::move_attacks_square() tests whether a move from the current
419 /// position attacks a given square.
420
421 bool Position::move_attacks_square(Move m, Square s) const {
422
423   assert(move_is_ok(m));
424   assert(square_is_ok(s));
425
426   Square f = move_from(m), t = move_to(m);
427
428   assert(square_is_occupied(f));
429
430   if (piece_attacks_square(piece_on(f), t, s))
431       return true;
432
433   // Move the piece and scan for X-ray attacks behind it
434   Bitboard occ = occupied_squares();
435   Color us = color_of_piece_on(f);
436   clear_bit(&occ, f);
437   set_bit(&occ, t);
438   Bitboard xray = ( (rook_attacks_bb(s, occ) & rooks_and_queens())
439                    |(bishop_attacks_bb(s, occ) & bishops_and_queens())) & pieces_of_color(us);
440
441   // If we have attacks we need to verify that are caused by our move
442   // and are not already existent ones.
443   return xray && (xray ^ (xray & piece_attacks<QUEEN>(s)));
444 }
445
446
447 /// Position::find_checkers() computes the checkersBB bitboard, which
448 /// contains a nonzero bit for each checking piece (0, 1 or 2). It
449 /// currently works by calling Position::attacks_to, which is probably
450 /// inefficient. Consider rewriting this function to use the last move
451 /// played, like in non-bitboard versions of Glaurung.
452
453 void Position::find_checkers() {
454
455   Color us = side_to_move();
456   st->checkersBB = attacks_to(king_square(us), opposite_color(us));
457 }
458
459
460 /// Position::pl_move_is_legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
461
462 bool Position::pl_move_is_legal(Move m) const {
463
464   // If we're in check, all pseudo-legal moves are legal, because our
465   // check evasion generator only generates true legal moves.
466   return is_check() || pl_move_is_legal(m, pinned_pieces(side_to_move()));
467 }
468
469 bool Position::pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const {
470
471   assert(is_ok());
472   assert(move_is_ok(m));
473   assert(pinned == pinned_pieces(side_to_move()));
474   assert(!is_check());
475
476   // Castling moves are checked for legality during move generation.
477   if (move_is_castle(m))
478       return true;
479
480   Color us = side_to_move();
481   Square from = move_from(m);
482   Square ksq = king_square(us);
483
484   assert(color_of_piece_on(from) == us);
485   assert(piece_on(ksq) == piece_of_color_and_type(us, KING));
486
487   // En passant captures are a tricky special case.  Because they are
488   // rather uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked
489   // after the move is made
490   if (move_is_ep(m))
491   {
492       Color them = opposite_color(us);
493       Square to = move_to(m);
494       Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
495       Bitboard b = occupied_squares();
496
497       assert(to == ep_square());
498       assert(piece_on(from) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
499       assert(piece_on(capsq) == piece_of_color_and_type(them, PAWN));
500       assert(piece_on(to) == EMPTY);
501
502       clear_bit(&b, from);
503       clear_bit(&b, capsq);
504       set_bit(&b, to);
505
506       return   !(rook_attacks_bb(ksq, b) & rooks_and_queens(them))
507             && !(bishop_attacks_bb(ksq, b) & bishops_and_queens(them));
508   }
509
510   // If the moving piece is a king, check whether the destination
511   // square is attacked by the opponent.
512   if (from == ksq)
513       return !(square_is_attacked(move_to(m), opposite_color(us)));
514
515   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
516   // is moving along the ray towards or away from the king.
517   return (   !pinned
518           || !bit_is_set(pinned, from)
519           || (direction_between_squares(from, ksq) == direction_between_squares(move_to(m), ksq)));
520 }
521
522
523 /// Position::move_is_check() tests whether a pseudo-legal move is a check
524
525 bool Position::move_is_check(Move m) const {
526
527   Bitboard dc = discovered_check_candidates(side_to_move());
528   return move_is_check(m, dc);
529 }
530
531 bool Position::move_is_check(Move m, Bitboard dcCandidates) const {
532
533   assert(is_ok());
534   assert(move_is_ok(m));
535   assert(dcCandidates == discovered_check_candidates(side_to_move()));
536
537   Color us = side_to_move();
538   Color them = opposite_color(us);
539   Square from = move_from(m);
540   Square to = move_to(m);
541   Square ksq = king_square(them);
542
543   assert(color_of_piece_on(from) == us);
544   assert(piece_on(ksq) == piece_of_color_and_type(them, KING));
545
546   // Proceed according to the type of the moving piece
547   switch (type_of_piece_on(from))
548   {
549   case PAWN:
550
551       if (bit_is_set(pawn_attacks(them, ksq), to)) // Normal check?
552           return true;
553
554       if (   dcCandidates // Discovered check?
555           && bit_is_set(dcCandidates, from)
556           && (direction_between_squares(from, ksq) != direction_between_squares(to, ksq)))
557           return true;
558
559       if (move_is_promotion(m)) // Promotion with check?
560       {
561           Bitboard b = occupied_squares();
562           clear_bit(&b, from);
563
564           switch (move_promotion_piece(m))
565           {
566           case KNIGHT:
567               return bit_is_set(piece_attacks<KNIGHT>(to), ksq);
568           case BISHOP:
569               return bit_is_set(bishop_attacks_bb(to, b), ksq);
570           case ROOK:
571               return bit_is_set(rook_attacks_bb(to, b), ksq);
572           case QUEEN:
573               return bit_is_set(queen_attacks_bb(to, b), ksq);
574           default:
575               assert(false);
576           }
577       }
578       // En passant capture with check?  We have already handled the case
579       // of direct checks and ordinary discovered check, the only case we
580       // need to handle is the unusual case of a discovered check through the
581       // captured pawn.
582       else if (move_is_ep(m))
583       {
584           Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
585           Bitboard b = occupied_squares();
586           clear_bit(&b, from);
587           clear_bit(&b, capsq);
588           set_bit(&b, to);
589           return  (rook_attacks_bb(ksq, b) & rooks_and_queens(us))
590                 ||(bishop_attacks_bb(ksq, b) & bishops_and_queens(us));
591       }
592       return false;
593
594   // Test discovered check and normal check according to piece type
595   case KNIGHT:
596     return   (dcCandidates && bit_is_set(dcCandidates, from))
597           || bit_is_set(piece_attacks<KNIGHT>(ksq), to);
598
599   case BISHOP:
600     return   (dcCandidates && bit_is_set(dcCandidates, from))
601           || (direction_is_diagonal(ksq, to) && bit_is_set(piece_attacks<BISHOP>(ksq), to));
602
603   case ROOK:
604     return   (dcCandidates && bit_is_set(dcCandidates, from))
605           || (direction_is_straight(ksq, to) && bit_is_set(piece_attacks<ROOK>(ksq), to));
606
607   case QUEEN:
608       // Discovered checks are impossible!
609       assert(!bit_is_set(dcCandidates, from));
610       return (   (direction_is_straight(ksq, to) && bit_is_set(piece_attacks<ROOK>(ksq), to))
611               || (direction_is_diagonal(ksq, to) && bit_is_set(piece_attacks<BISHOP>(ksq), to)));
612
613   case KING:
614       // Discovered check?
615       if (   bit_is_set(dcCandidates, from)
616           && (direction_between_squares(from, ksq) != direction_between_squares(to, ksq)))
617           return true;
618
619       // Castling with check?
620       if (move_is_castle(m))
621       {
622           Square kfrom, kto, rfrom, rto;
623           Bitboard b = occupied_squares();
624           kfrom = from;
625           rfrom = to;
626
627           if (rfrom > kfrom)
628           {
629               kto = relative_square(us, SQ_G1);
630               rto = relative_square(us, SQ_F1);
631           } else {
632               kto = relative_square(us, SQ_C1);
633               rto = relative_square(us, SQ_D1);
634           }
635           clear_bit(&b, kfrom);
636           clear_bit(&b, rfrom);
637           set_bit(&b, rto);
638           set_bit(&b, kto);
639           return bit_is_set(rook_attacks_bb(rto, b), ksq);
640       }
641       return false;
642
643   default: // NO_PIECE_TYPE
644       break;
645   }
646   assert(false);
647   return false;
648 }
649
650
651 /// Position::update_checkers() udpates chekers info given the move. It is called
652 /// in do_move() and is faster then find_checkers().
653
654 template<PieceType Piece>
655 inline void Position::update_checkers(Bitboard* pCheckersBB, Square ksq, Square from,
656                                       Square to, Bitboard dcCandidates) {
657
658   const bool Bishop = (Piece == QUEEN || Piece == BISHOP);
659   const bool Rook   = (Piece == QUEEN || Piece == ROOK);
660   const bool Slider = Bishop || Rook;
661
662   // Direct checks
663   if (  (   (Bishop && bit_is_set(BishopPseudoAttacks[ksq], to))
664          || (Rook   && bit_is_set(RookPseudoAttacks[ksq], to)))
665       && bit_is_set(piece_attacks<Piece>(ksq), to)) // slow, try to early skip
666       set_bit(pCheckersBB, to);
667
668   else if (   Piece != KING
669            && !Slider
670            && bit_is_set(piece_attacks<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) |= (piece_attacks<ROOK>(ksq) & rooks_and_queens(side_to_move()));
678
679       if (Piece != BISHOP)
680           (*pCheckersBB) |= (piece_attacks<BISHOP>(ksq) & bishops_and_queens(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   // 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 key, pawnKey, materialKey;
704     int castleRights, rule50;
705     Square epSquare;
706     Value mgValue, egValue;
707     Value npMaterial[2];
708   };
709
710   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
711   newSt.capture = NO_PIECE_TYPE;
712   newSt.previous = st;
713   st = &newSt;
714
715   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
716   // detect repetition draws.
717   history[gamePly] = st->key;
718
719   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
720   // case of non-reversible moves is taken care of later.
721   st->rule50++;
722
723   // Update side to move
724   st->key ^= zobSideToMove;
725
726   if (move_is_castle(m))
727       do_castle_move(m);
728   else
729   {
730     Color us = side_to_move();
731     Color them = opposite_color(us);
732     Square from = move_from(m);
733     Square to = move_to(m);
734     bool ep = move_is_ep(m);
735     bool pm = move_is_promotion(m);
736
737     Piece piece = piece_on(from);
738     PieceType pt = type_of_piece(piece);
739
740     assert(color_of_piece_on(from) == us);
741     assert(color_of_piece_on(to) == them || square_is_empty(to));
742     assert(!(ep || pm) || piece == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
743     assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
744
745     st->capture = ep ? PAWN : type_of_piece_on(to);
746
747     if (st->capture)
748         do_capture_move(st->capture, them, to, ep);
749
750     // Update hash key
751     st->key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
752
753     // Reset en passant square
754     if (st->epSquare != SQ_NONE)
755     {
756         st->key ^= zobEp[st->epSquare];
757         st->epSquare = SQ_NONE;
758     }
759
760     // Update castle rights, try to shortcut a common case
761     if ((castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to]) != ALL_CASTLES)
762     {
763         st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
764         st->castleRights &= castleRightsMask[from];
765         st->castleRights &= castleRightsMask[to];
766         st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
767     }
768
769     // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
770     TT.prefetch(st->key);
771
772     // Move the piece
773     Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
774     do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
775     do_move_bb(&(byTypeBB[pt]), move_bb);
776     do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
777
778     board[to] = board[from];
779     board[from] = EMPTY;
780
781     // If the moving piece was a pawn do some special extra work
782     if (pt == PAWN)
783     {
784         // Reset rule 50 draw counter
785         st->rule50 = 0;
786
787         // Update pawn hash key
788         st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
789
790         // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
791         if (abs(int(to) - int(from)) == 16)
792         {
793             if (   (us == WHITE && (pawn_attacks(WHITE, from + DELTA_N) & pawns(BLACK)))
794                 || (us == BLACK && (pawn_attacks(BLACK, from + DELTA_S) & pawns(WHITE))))
795             {
796                 st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
797                 st->key ^= zobEp[st->epSquare];
798             }
799         }
800     }
801
802     // Update incremental scores
803     st->mgValue += pst_delta<MidGame>(piece, from, to);
804     st->egValue += pst_delta<EndGame>(piece, from, to);
805
806     // If the moving piece was a king, update the king square
807     if (pt == KING)
808         kingSquare[us] = to;
809
810     // Update piece lists
811     pieceList[us][pt][index[from]] = to;
812     index[to] = index[from];
813
814     if (pm)
815     {
816         PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
817
818         assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
819
820         // Insert promoted piece instead of pawn
821         clear_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
822         set_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
823         board[to] = piece_of_color_and_type(us, promotion);
824
825         // Partially revert hash keys update
826         st->key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
827         st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
828
829         // Update material key
830         st->materialKey ^= zobMaterial[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
831         st->materialKey ^= zobMaterial[us][promotion][pieceCount[us][promotion]+1];
832
833         // Update piece counts
834         pieceCount[us][PAWN]--;
835         pieceCount[us][promotion]++;
836
837         // Update piece lists
838         pieceList[us][PAWN][index[from]] = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
839         index[pieceList[us][PAWN][index[from]]] = index[from];
840         pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion] - 1] = to;
841         index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
842
843         // Partially revert and update incremental scores
844         st->mgValue -= pst<MidGame>(us, PAWN, to);
845         st->mgValue += pst<MidGame>(us, promotion, to);
846         st->egValue -= pst<EndGame>(us, PAWN, to);
847         st->egValue += pst<EndGame>(us, promotion, to);
848
849         // Update material
850         st->npMaterial[us] += piece_value_midgame(promotion);
851     }
852
853     // Update checkers bitboard, piece must be already moved
854     if (ep || pm)
855         st->checkersBB = attacks_to(king_square(them), us);
856     else
857     {
858         st->checkersBB = EmptyBoardBB; // FIXME EP ?
859         Square ksq = king_square(them);
860         switch (pt)
861         {
862         case PAWN:   update_checkers<PAWN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
863         case KNIGHT: update_checkers<KNIGHT>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
864         case BISHOP: update_checkers<BISHOP>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates); break;
865         case ROOK:   update_checkers<ROOK>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
866         case QUEEN:  update_checkers<QUEEN>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);  break;
867         case KING:   update_checkers<KING>(&(st->checkersBB), ksq, from, to, dcCandidates);   break;
868         default: assert(false); break;
869         }
870     }
871   }
872
873   // Finish
874   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
875   gamePly++;
876
877   st->mgValue += (sideToMove == WHITE)? TempoValueMidgame : -TempoValueMidgame;
878   st->egValue += (sideToMove == WHITE)? TempoValueEndgame : -TempoValueEndgame;
879
880   assert(is_ok());
881 }
882
883
884 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
885 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
886
887 void Position::do_capture_move(PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
888
889     assert(capture != KING);
890
891     Square capsq = to;
892
893     if (ep)
894     {
895         capsq = (them == BLACK)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
896
897         assert(to == st->epSquare);
898         assert(relative_rank(opposite_color(them), to) == RANK_6);
899         assert(piece_on(to) == EMPTY);
900         //assert(piece_on(from) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
901         assert(piece_on(capsq) == piece_of_color_and_type(them, PAWN));
902
903         board[capsq] = EMPTY;
904     }
905
906     // Remove captured piece
907     clear_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
908     clear_bit(&(byTypeBB[capture]), capsq);
909     clear_bit(&(byTypeBB[0]), capsq); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
910
911     // Update hash key
912     st->key ^= zobrist[them][capture][capsq];
913
914     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key
915     if (capture == PAWN)
916         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
917
918     // Update incremental scores
919     st->mgValue -= pst<MidGame>(them, capture, capsq);
920     st->egValue -= pst<EndGame>(them, capture, capsq);
921
922     // Update material
923     if (capture != PAWN)
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
933     pieceList[them][capture][index[capsq]] = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
934     index[pieceList[them][capture][index[capsq]]] = index[capsq];
935
936     // Reset rule 50 counter
937     st->rule50 = 0;
938 }
939
940
941 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
942 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
943 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
944 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
945
946 void Position::do_castle_move(Move m) {
947
948   assert(is_ok());
949   assert(move_is_ok(m));
950   assert(move_is_castle(m));
951
952   Color us = side_to_move();
953   Color them = opposite_color(us);
954
955   // Find source squares for king and rook
956   Square kfrom = move_from(m);
957   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
958   Square kto, rto;
959
960   assert(piece_on(kfrom) == piece_of_color_and_type(us, KING));
961   assert(piece_on(rfrom) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
962
963   // Find destination squares for king and rook
964   if (rfrom > kfrom) // O-O
965   {
966       kto = relative_square(us, SQ_G1);
967       rto = relative_square(us, SQ_F1);
968   } else { // O-O-O
969       kto = relative_square(us, SQ_C1);
970       rto = relative_square(us, SQ_D1);
971   }
972
973   // Move the pieces
974   Bitboard kmove_bb = make_move_bb(kfrom, kto);
975   do_move_bb(&(byColorBB[us]), kmove_bb);
976   do_move_bb(&(byTypeBB[KING]), kmove_bb);
977   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), kmove_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
978
979   Bitboard rmove_bb = make_move_bb(rfrom, rto);
980   do_move_bb(&(byColorBB[us]), rmove_bb);
981   do_move_bb(&(byTypeBB[ROOK]), rmove_bb);
982   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), rmove_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
983
984   // Update board array
985   Piece king = piece_of_color_and_type(us, KING);
986   Piece rook = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
987   board[kfrom] = board[rfrom] = EMPTY;
988   board[kto] = king;
989   board[rto] = rook;
990
991   // Update king square
992   kingSquare[us] = kto;
993
994   // Update piece lists
995   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
996   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
997   int tmp = index[rfrom];
998   index[kto] = index[kfrom];
999   index[rto] = tmp;
1000
1001   // Update incremental scores
1002   st->mgValue += pst_delta<MidGame>(king, kfrom, kto);
1003   st->egValue += pst_delta<EndGame>(king, kfrom, kto);
1004   st->mgValue += pst_delta<MidGame>(rook, rfrom, rto);
1005   st->egValue += pst_delta<EndGame>(rook, rfrom, rto);
1006
1007   // Update hash key
1008   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1009   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1010
1011   // Clear en passant square
1012   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1013   {
1014       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1015       st->epSquare = SQ_NONE;
1016   }
1017
1018   // Update castling rights
1019   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1020   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1021   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1022
1023   // Reset rule 50 counter
1024   st->rule50 = 0;
1025
1026   // Update checkers BB
1027   st->checkersBB = attacks_to(king_square(them), us);
1028 }
1029
1030
1031 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1032 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1033
1034 void Position::undo_move(Move m) {
1035
1036   assert(is_ok());
1037   assert(move_is_ok(m));
1038
1039   gamePly--;
1040   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1041
1042   if (move_is_castle(m))
1043       undo_castle_move(m);
1044   else
1045   {
1046       Color us = side_to_move();
1047       Color them = opposite_color(us);
1048       Square from = move_from(m);
1049       Square to = move_to(m);
1050       bool ep = move_is_ep(m);
1051       bool pm = move_is_promotion(m);
1052
1053       PieceType piece = type_of_piece_on(to);
1054
1055       assert(square_is_empty(from));
1056       assert(color_of_piece_on(to) == us);
1057       assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1058       assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1059       assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1060       assert(!ep || piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, PAWN));
1061
1062       if (pm)
1063       {
1064           PieceType promotion = move_promotion_piece(m);
1065
1066           assert(piece_on(to) == piece_of_color_and_type(us, promotion));
1067           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1068
1069           // Replace promoted piece with a pawn
1070           clear_bit(&(byTypeBB[promotion]), to);
1071           set_bit(&(byTypeBB[PAWN]), to);
1072
1073           // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1074           pieceList[us][promotion][index[to]] = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion] - 1];
1075           index[pieceList[us][promotion][index[to]]] = index[to];
1076           pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = to;
1077           index[to] = pieceCount[us][PAWN];
1078
1079           // Update piece counts
1080           pieceCount[us][promotion]--;
1081           pieceCount[us][PAWN]++;
1082
1083           piece = PAWN;
1084       }
1085
1086       // Put the piece back at the source square
1087       Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1088       do_move_bb(&(byColorBB[us]), move_bb);
1089       do_move_bb(&(byTypeBB[piece]), move_bb);
1090       do_move_bb(&(byTypeBB[0]), move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1091       board[from] = piece_of_color_and_type(us, piece);
1092       board[to] = EMPTY;
1093
1094       // If the moving piece was a king, update the king square
1095       if (piece == KING)
1096           kingSquare[us] = from;
1097
1098       // Update piece list
1099       pieceList[us][piece][index[to]] = from;
1100       index[from] = index[to];
1101
1102       if (st->capture)
1103       {
1104           Square capsq = to;
1105
1106           if (ep)
1107               capsq = (us == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1108
1109           assert(st->capture != KING);
1110           assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1111
1112           // Restore the captured piece
1113           set_bit(&(byColorBB[them]), capsq);
1114           set_bit(&(byTypeBB[st->capture]), capsq);
1115           set_bit(&(byTypeBB[0]), capsq);
1116           board[capsq] = piece_of_color_and_type(them, st->capture);
1117
1118           // Update piece list
1119           pieceList[them][st->capture][pieceCount[them][st->capture]] = capsq;
1120           index[capsq] = pieceCount[them][st->capture];
1121
1122           // Update piece count
1123           pieceCount[them][st->capture]++;
1124       }
1125   }
1126
1127   // Finally point our state pointer back to the previous state
1128   st = st->previous;
1129
1130   assert(is_ok());
1131 }
1132
1133
1134 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1135 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1136 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1137 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1138
1139 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1140
1141   assert(move_is_ok(m));
1142   assert(move_is_castle(m));
1143
1144   // When we have arrived here, some work has already been done by
1145   // Position::undo_move.  In particular, the side to move has been switched,
1146   // so the code below is correct.
1147   Color us = side_to_move();
1148
1149   // Find source squares for king and rook
1150   Square kfrom = move_from(m);
1151   Square rfrom = move_to(m);  // HACK: See comment at beginning of function
1152   Square kto, rto;
1153
1154   // Find destination squares for king and rook
1155   if (rfrom > kfrom) // O-O
1156   {
1157       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1158       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1159   } else { // O-O-O
1160       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1161       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1162   }
1163
1164   assert(piece_on(kto) == piece_of_color_and_type(us, KING));
1165   assert(piece_on(rto) == piece_of_color_and_type(us, ROOK));
1166
1167   // Put the pieces back at the source square
1168   Bitboard kmove_bb = make_move_bb(kto, kfrom);
1169   do_move_bb(&(byColorBB[us]), kmove_bb);
1170   do_move_bb(&(byTypeBB[KING]), kmove_bb);
1171   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), kmove_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1172
1173   Bitboard rmove_bb = make_move_bb(rto, rfrom);
1174   do_move_bb(&(byColorBB[us]), rmove_bb);
1175   do_move_bb(&(byTypeBB[ROOK]), rmove_bb);
1176   do_move_bb(&(byTypeBB[0]), rmove_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1177
1178   // Update board
1179   board[rto] = board[kto] = EMPTY;
1180   board[rfrom] = piece_of_color_and_type(us, ROOK);
1181   board[kfrom] = piece_of_color_and_type(us, KING);
1182
1183   // Update king square
1184   kingSquare[us] = kfrom;
1185
1186   // Update piece lists
1187   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1188   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1189   int tmp = index[rto];  // Necessary because we may have rto == kfrom in FRC.
1190   index[kfrom] = index[kto];
1191   index[rfrom] = tmp;
1192 }
1193
1194
1195 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1196 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1197
1198 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1199
1200   assert(is_ok());
1201   assert(!is_check());
1202
1203   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1204   // StateInfo object.
1205   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1206   // a backup storage not as a new state to be used.
1207   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1208   backupSt.key = st->key;
1209   backupSt.mgValue = st->mgValue;
1210   backupSt.egValue = st->egValue;
1211   backupSt.previous = st->previous;
1212   st->previous = &backupSt;
1213
1214   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
1215   // detect repetition draws.
1216   history[gamePly] = st->key;
1217
1218   // Update the necessary information
1219   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1220       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1221
1222   st->key ^= zobSideToMove;
1223   TT.prefetch(st->key);
1224   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1225   st->epSquare = SQ_NONE;
1226   st->rule50++;
1227   gamePly++;
1228
1229   st->mgValue += (sideToMove == WHITE)? TempoValueMidgame : -TempoValueMidgame;
1230   st->egValue += (sideToMove == WHITE)? TempoValueEndgame : -TempoValueEndgame;
1231
1232   assert(is_ok());
1233 }
1234
1235
1236 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1237
1238 void Position::undo_null_move() {
1239
1240   assert(is_ok());
1241   assert(!is_check());
1242
1243   // Restore information from the our backup StateInfo object
1244   st->epSquare = st->previous->epSquare;
1245   st->key = st->previous->key;
1246   st->mgValue = st->previous->mgValue;
1247   st->egValue = st->previous->egValue;
1248   st->previous = st->previous->previous;
1249
1250   // Update the necessary information
1251   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1252   st->rule50--;
1253   gamePly--;
1254
1255   assert(is_ok());
1256 }
1257
1258
1259 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1260 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1261 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1262 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1263 /// not yet understand promotions captures.
1264
1265 int Position::see(Square to) const {
1266
1267   assert(square_is_ok(to));
1268   return see(SQ_NONE, to);
1269 }
1270
1271 int Position::see(Move m) const {
1272
1273   assert(move_is_ok(m));
1274   return see(move_from(m), move_to(m));
1275 }
1276
1277 int Position::see_sign(Move m) const {
1278
1279   assert(move_is_ok(m));
1280
1281   Square from = move_from(m);
1282   Square to = move_to(m);
1283
1284   // Early return if SEE cannot be negative because capturing piece value
1285   // is not bigger then captured one.
1286   if (   midgame_value_of_piece_on(from) <= midgame_value_of_piece_on(to)
1287       && type_of_piece_on(from) != KING)
1288          return 1;
1289
1290   return see(from, to);
1291 }
1292
1293 int Position::see(Square from, Square to) const {
1294
1295   // Material values
1296   static const int seeValues[18] = {
1297     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1298        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1299     0, PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
1300        RookValueMidgame, QueenValueMidgame, QueenValueMidgame*10, 0,
1301     0, 0
1302   };
1303
1304   Bitboard attackers, stmAttackers, occ, b;
1305
1306   assert(square_is_ok(from) || from == SQ_NONE);
1307   assert(square_is_ok(to));
1308
1309   // Initialize colors
1310   Color us = (from != SQ_NONE ? color_of_piece_on(from) : opposite_color(color_of_piece_on(to)));
1311   Color them = opposite_color(us);
1312
1313   // Initialize pieces
1314   Piece piece = piece_on(from);
1315   Piece capture = piece_on(to);
1316
1317   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1318   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1319   occ = occupied_squares();
1320
1321   // Handle en passant moves
1322   if (st->epSquare == to && type_of_piece_on(from) == PAWN)
1323   {
1324       assert(capture == EMPTY);
1325
1326       Square capQq = (side_to_move() == WHITE)? (to - DELTA_N) : (to - DELTA_S);
1327       capture = piece_on(capQq);
1328       assert(type_of_piece_on(capQq) == PAWN);
1329
1330       // Remove the captured pawn
1331       clear_bit(&occ, capQq);
1332   }
1333
1334   while (true)
1335   {
1336       clear_bit(&occ, from);
1337       attackers =  (rook_attacks_bb(to, occ)   & rooks_and_queens())
1338                  | (bishop_attacks_bb(to, occ) & bishops_and_queens())
1339                  | (piece_attacks<KNIGHT>(to)  & knights())
1340                  | (piece_attacks<KING>(to)    & kings())
1341                  | (pawn_attacks(WHITE, to)    & pawns(BLACK))
1342                  | (pawn_attacks(BLACK, to)    & pawns(WHITE));
1343
1344       if (from != SQ_NONE)
1345           break;
1346
1347       // If we don't have any attacker we are finished
1348       if ((attackers & pieces_of_color(us)) == EmptyBoardBB)
1349           return 0;
1350
1351       // Locate the least valuable attacker to the destination square
1352       // and use it to initialize from square.
1353       PieceType pt;
1354       for (pt = PAWN; !(attackers & pieces_of_color_and_type(us, pt)); pt++)
1355           assert(pt < KING);
1356
1357       from = first_1(attackers & pieces_of_color_and_type(us, pt));
1358       piece = piece_on(from);
1359   }
1360
1361   // If the opponent has no attackers we are finished
1362   stmAttackers = attackers & pieces_of_color(them);
1363   if (!stmAttackers)
1364       return seeValues[capture];
1365
1366   attackers &= occ; // Remove the moving piece
1367
1368   // The destination square is defended, which makes things rather more
1369   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1370   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1371   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1372   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1373   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1374   int lastCapturingPieceValue = seeValues[piece];
1375   int swapList[32], n = 1;
1376   Color c = them;
1377   PieceType pt;
1378
1379   swapList[0] = seeValues[capture];
1380
1381   do {
1382       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1383       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1384       // that the side to move still has at least one attacker left.
1385       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces_of_type(pt)); pt++)
1386           assert(pt < KING);
1387
1388       // Remove the attacker we just found from the 'attackers' bitboard,
1389       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1390       b = stmAttackers & pieces_of_type(pt);
1391       occ ^= (b & (~b + 1));
1392       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occ) & rooks_and_queens())
1393                   | (bishop_attacks_bb(to, occ) & bishops_and_queens());
1394
1395       attackers &= occ;
1396
1397       // Add the new entry to the swap list
1398       assert(n < 32);
1399       swapList[n] = -swapList[n - 1] + lastCapturingPieceValue;
1400       n++;
1401
1402       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to move
1403       // before beginning the next iteration
1404       lastCapturingPieceValue = seeValues[pt];
1405       c = opposite_color(c);
1406       stmAttackers = attackers & pieces_of_color(c);
1407
1408       // Stop after a king capture
1409       if (pt == KING && stmAttackers)
1410       {
1411           assert(n < 32);
1412           swapList[n++] = QueenValueMidgame*10;
1413           break;
1414       }
1415   } while (stmAttackers);
1416
1417   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1418   // achievable score from the point of view of the side to move
1419   while (--n)
1420       swapList[n-1] = Min(-swapList[n], swapList[n-1]);
1421
1422   return swapList[0];
1423 }
1424
1425
1426 /// Position::saveState() copies the content of the current state
1427 /// inside startState and makes st point to it. This is needed
1428 /// when the st pointee could become stale, as example because
1429 /// the caller is about to going out of scope.
1430
1431 void Position::saveState() {
1432
1433   startState = *st;
1434   st = &startState;
1435   st->previous = NULL; // as a safe guard
1436 }
1437
1438
1439 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1440 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1441
1442 void Position::clear() {
1443
1444   st = &startState;
1445   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1446   st->epSquare = SQ_NONE;
1447
1448   memset(index, 0, sizeof(int) * 64);
1449   memset(byColorBB, 0, sizeof(Bitboard) * 2);
1450
1451   for (int i = 0; i < 64; i++)
1452       board[i] = EMPTY;
1453
1454   for (int i = 0; i < 7; i++)
1455   {
1456       byTypeBB[i] = EmptyBoardBB;
1457       pieceCount[0][i] = pieceCount[1][i] = 0;
1458       for (int j = 0; j < 8; j++)
1459           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1460   }
1461
1462   sideToMove = WHITE;
1463   gamePly = 0;
1464   initialKFile = FILE_E;
1465   initialKRFile = FILE_H;
1466   initialQRFile = FILE_A;
1467 }
1468
1469
1470 /// Position::reset_game_ply() simply sets gamePly to 0. It is used from the
1471 /// UCI interface code, whenever a non-reversible move is made in a
1472 /// 'position fen <fen> moves m1 m2 ...' command.  This makes it possible
1473 /// for the program to handle games of arbitrary length, as long as the GUI
1474 /// handles draws by the 50 move rule correctly.
1475
1476 void Position::reset_game_ply() {
1477
1478   gamePly = 0;
1479 }
1480
1481
1482 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1483 /// updating the board array, bitboards, and piece counts.
1484
1485 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1486
1487   Color c = color_of_piece(p);
1488   PieceType pt = type_of_piece(p);
1489
1490   board[s] = p;
1491   index[s] = pieceCount[c][pt];
1492   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1493
1494   set_bit(&(byTypeBB[pt]), s);
1495   set_bit(&(byColorBB[c]), s);
1496   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1497
1498   pieceCount[c][pt]++;
1499
1500   if (pt == KING)
1501       kingSquare[c] = s;
1502 }
1503
1504
1505 /// Position::allow_oo() gives the given side the right to castle kingside.
1506 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1507
1508 void Position::allow_oo(Color c) {
1509
1510   st->castleRights |= (1 + int(c));
1511 }
1512
1513
1514 /// Position::allow_ooo() gives the given side the right to castle queenside.
1515 /// Used when setting castling rights during parsing of FEN strings.
1516
1517 void Position::allow_ooo(Color c) {
1518
1519   st->castleRights |= (4 + 4*int(c));
1520 }
1521
1522
1523 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1524 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1525 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1526 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1527
1528 Key Position::compute_key() const {
1529
1530   Key result = Key(0ULL);
1531
1532   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1533       if (square_is_occupied(s))
1534           result ^= zobrist[color_of_piece_on(s)][type_of_piece_on(s)][s];
1535
1536   if (ep_square() != SQ_NONE)
1537       result ^= zobEp[ep_square()];
1538
1539   result ^= zobCastle[st->castleRights];
1540   if (side_to_move() == BLACK)
1541       result ^= zobSideToMove;
1542
1543   return result;
1544 }
1545
1546
1547 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1548 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1549 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1550 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1551 /// debug mode.
1552
1553 Key Position::compute_pawn_key() const {
1554
1555   Key result = Key(0ULL);
1556   Bitboard b;
1557   Square s;
1558
1559   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1560   {
1561       b = pawns(c);
1562       while(b)
1563       {
1564           s = pop_1st_bit(&b);
1565           result ^= zobrist[c][PAWN][s];
1566       }
1567   }
1568   return result;
1569 }
1570
1571
1572 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1573 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1574 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1575 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1576 /// debug mode.
1577
1578 Key Position::compute_material_key() const {
1579
1580   Key result = Key(0ULL);
1581   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1582       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1583       {
1584           int count = piece_count(c, pt);
1585           for (int i = 0; i <= count; i++)
1586               result ^= zobMaterial[c][pt][i];
1587       }
1588   return result;
1589 }
1590
1591
1592 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1593 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1594 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1595 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1596 template<Position::GamePhase Phase>
1597 Value Position::compute_value() const {
1598
1599   Value result = Value(0);
1600   Bitboard b;
1601   Square s;
1602
1603   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1604       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1605       {
1606           b = pieces_of_color_and_type(c, pt);
1607           while(b)
1608           {
1609               s = pop_1st_bit(&b);
1610               assert(piece_on(s) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1611               result += pst<Phase>(c, pt, s);
1612           }
1613       }
1614
1615   const Value TempoValue = (Phase == MidGame ? TempoValueMidgame : TempoValueEndgame);
1616   result += (side_to_move() == WHITE)? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2;
1617   return result;
1618 }
1619
1620
1621 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1622 /// game material score for the given side. Material scores are updated
1623 /// incrementally during the search, this function is only used while
1624 /// initializing a new Position object.
1625
1626 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1627
1628   Value result = Value(0);
1629
1630   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1631   {
1632       Bitboard b = pieces_of_color_and_type(c, pt);
1633       while (b)
1634       {
1635           assert(piece_on(first_1(b)) == piece_of_color_and_type(c, pt));
1636           pop_1st_bit(&b);
1637           result += piece_value_midgame(pt);
1638       }
1639   }
1640   return result;
1641 }
1642
1643
1644 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1645 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1646 /// must be done by the search.
1647
1648 bool Position::is_draw() const {
1649
1650   // Draw by material?
1651   if (   !pawns()
1652       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1653       return true;
1654
1655   // Draw by the 50 moves rule?
1656   if (st->rule50 > 100 || (st->rule50 == 100 && !is_check()))
1657       return true;
1658
1659   // Draw by repetition?
1660   for (int i = 2; i < Min(gamePly, st->rule50); i += 2)
1661       if (history[gamePly - i] == st->key)
1662           return true;
1663
1664   return false;
1665 }
1666
1667
1668 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1669 /// side to move is checkmated.
1670
1671 bool Position::is_mate() const {
1672
1673   MoveStack moves[256];
1674
1675   return is_check() && !generate_evasions(*this, moves, pinned_pieces(sideToMove));
1676 }
1677
1678
1679 /// Position::has_mate_threat() tests whether a given color has a mate in one
1680 /// from the current position.
1681
1682 bool Position::has_mate_threat(Color c) {
1683
1684   StateInfo st1, st2;
1685   Color stm = side_to_move();
1686
1687   if (is_check())
1688       return false;
1689
1690   // If the input color is not equal to the side to move, do a null move
1691   if (c != stm)
1692       do_null_move(st1);
1693
1694   MoveStack mlist[120];
1695   int count;
1696   bool result = false;
1697   Bitboard dc = discovered_check_candidates(sideToMove);
1698   Bitboard pinned = pinned_pieces(sideToMove);
1699
1700   // Generate pseudo-legal non-capture and capture check moves
1701   count = generate_non_capture_checks(*this, mlist, dc);
1702   count += generate_captures(*this, mlist + count);
1703
1704   // Loop through the moves, and see if one of them is mate
1705   for (int i = 0; i < count; i++)
1706   {
1707       Move move = mlist[i].move;
1708
1709       if (!pl_move_is_legal(move, pinned))
1710           continue;
1711
1712       do_move(move, st2);
1713       if (is_mate())
1714           result = true;
1715
1716       undo_move(move);
1717   }
1718
1719   // Undo null move, if necessary
1720   if (c != stm)
1721       undo_null_move();
1722
1723   return result;
1724 }
1725
1726
1727 /// Position::init_zobrist() is a static member function which initializes the
1728 /// various arrays used to compute hash keys.
1729
1730 void Position::init_zobrist() {
1731
1732   for (int i = 0; i < 2; i++)
1733       for (int j = 0; j < 8; j++)
1734           for (int k = 0; k < 64; k++)
1735               zobrist[i][j][k] = Key(genrand_int64());
1736
1737   for (int i = 0; i < 64; i++)
1738       zobEp[i] = Key(genrand_int64());
1739
1740   for (int i = 0; i < 16; i++)
1741       zobCastle[i] = genrand_int64();
1742
1743   zobSideToMove = genrand_int64();
1744
1745   for (int i = 0; i < 2; i++)
1746       for (int j = 0; j < 8; j++)
1747           for (int k = 0; k < 16; k++)
1748               zobMaterial[i][j][k] = (k > 0)? Key(genrand_int64()) : Key(0LL);
1749
1750   for (int i = 0; i < 16; i++)
1751       zobMaterial[0][KING][i] = zobMaterial[1][KING][i] = Key(0ULL);
1752 }
1753
1754
1755 /// Position::init_piece_square_tables() initializes the piece square tables.
1756 /// This is a two-step operation:  First, the white halves of the tables are
1757 /// copied from the MgPST[][] and EgPST[][] arrays, with a small random number
1758 /// added to each entry if the "Randomness" UCI parameter is non-zero.
1759 /// Second, the black halves of the tables are initialized by mirroring
1760 /// and changing the sign of the corresponding white scores.
1761
1762 void Position::init_piece_square_tables() {
1763
1764   int r = get_option_value_int("Randomness"), i;
1765   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1766       for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1767       {
1768           i = (r == 0)? 0 : (genrand_int32() % (r*2) - r);
1769           MgPieceSquareTable[p][s] = Value(MgPST[p][s] + i);
1770           EgPieceSquareTable[p][s] = Value(EgPST[p][s] + i);
1771       }
1772
1773   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1774       for (Piece p = BP; p <= BK; p++)
1775       {
1776           MgPieceSquareTable[p][s] = -MgPieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1777           EgPieceSquareTable[p][s] = -EgPieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1778       }
1779 }
1780
1781
1782 /// Position::flipped_copy() makes a copy of the input position, but with
1783 /// the white and black sides reversed. This is only useful for debugging,
1784 /// especially for finding evaluation symmetry bugs.
1785
1786 void Position::flipped_copy(const Position& pos) {
1787
1788   assert(pos.is_ok());
1789
1790   clear();
1791
1792   // Board
1793   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1794       if (!pos.square_is_empty(s))
1795           put_piece(Piece(int(pos.piece_on(s)) ^ 8), flip_square(s));
1796
1797   // Side to move
1798   sideToMove = opposite_color(pos.side_to_move());
1799
1800   // Castling rights
1801   if (pos.can_castle_kingside(WHITE))  allow_oo(BLACK);
1802   if (pos.can_castle_queenside(WHITE)) allow_ooo(BLACK);
1803   if (pos.can_castle_kingside(BLACK))  allow_oo(WHITE);
1804   if (pos.can_castle_queenside(BLACK)) allow_ooo(WHITE);
1805
1806   initialKFile  = pos.initialKFile;
1807   initialKRFile = pos.initialKRFile;
1808   initialQRFile = pos.initialQRFile;
1809
1810   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1811       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1812
1813   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_1)] ^= (WHITE_OO | WHITE_OOO);
1814   castleRightsMask[make_square(initialKFile,  RANK_8)] ^= (BLACK_OO | BLACK_OOO);
1815   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OO;
1816   castleRightsMask[make_square(initialKRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OO;
1817   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_1)] ^=  WHITE_OOO;
1818   castleRightsMask[make_square(initialQRFile, RANK_8)] ^=  BLACK_OOO;
1819
1820   // En passant square
1821   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1822       st->epSquare = flip_square(pos.st->epSquare);
1823
1824   // Checkers
1825   find_checkers();
1826
1827   // Hash keys
1828   st->key = compute_key();
1829   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1830   st->materialKey = compute_material_key();
1831
1832   // Incremental scores
1833   st->mgValue = compute_value<MidGame>();
1834   st->egValue = compute_value<EndGame>();
1835
1836   // Material
1837   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1838   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1839
1840   assert(is_ok());
1841 }
1842
1843
1844 /// Position::is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1845 /// This is meant to be helpful when debugging.
1846
1847 bool Position::is_ok(int* failedStep) const {
1848
1849   // What features of the position should be verified?
1850   static const bool debugBitboards = false;
1851   static const bool debugKingCount = false;
1852   static const bool debugKingCapture = false;
1853   static const bool debugCheckerCount = false;
1854   static const bool debugKey = false;
1855   static const bool debugMaterialKey = false;
1856   static const bool debugPawnKey = false;
1857   static const bool debugIncrementalEval = false;
1858   static const bool debugNonPawnMaterial = false;
1859   static const bool debugPieceCounts = false;
1860   static const bool debugPieceList = false;
1861
1862   if (failedStep) *failedStep = 1;
1863
1864   // Side to move OK?
1865   if (!color_is_ok(side_to_move()))
1866       return false;
1867
1868   // Are the king squares in the position correct?
1869   if (failedStep) (*failedStep)++;
1870   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1871       return false;
1872
1873   if (failedStep) (*failedStep)++;
1874   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1875       return false;
1876
1877   // Castle files OK?
1878   if (failedStep) (*failedStep)++;
1879   if (!file_is_ok(initialKRFile))
1880       return false;
1881
1882   if (!file_is_ok(initialQRFile))
1883       return false;
1884
1885   // Do both sides have exactly one king?
1886   if (failedStep) (*failedStep)++;
1887   if (debugKingCount)
1888   {
1889       int kingCount[2] = {0, 0};
1890       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1891           if (type_of_piece_on(s) == KING)
1892               kingCount[color_of_piece_on(s)]++;
1893
1894       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1895           return false;
1896   }
1897
1898   // Can the side to move capture the opponent's king?
1899   if (failedStep) (*failedStep)++;
1900   if (debugKingCapture)
1901   {
1902       Color us = side_to_move();
1903       Color them = opposite_color(us);
1904       Square ksq = king_square(them);
1905       if (square_is_attacked(ksq, us))
1906           return false;
1907   }
1908
1909   // Is there more than 2 checkers?
1910   if (failedStep) (*failedStep)++;
1911   if (debugCheckerCount && count_1s(st->checkersBB) > 2)
1912       return false;
1913
1914   // Bitboards OK?
1915   if (failedStep) (*failedStep)++;
1916   if (debugBitboards)
1917   {
1918       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1919       if ((pieces_of_color(WHITE) & pieces_of_color(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1920           return false;
1921
1922       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1923       // occupied squares
1924       if ((pieces_of_color(WHITE) | pieces_of_color(BLACK)) != occupied_squares())
1925           return false;
1926
1927       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1928       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1929           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1930               if (p1 != p2 && (pieces_of_type(p1) & pieces_of_type(p2)))
1931                   return false;
1932   }
1933
1934   // En passant square OK?
1935   if (failedStep) (*failedStep)++;
1936   if (ep_square() != SQ_NONE)
1937   {
1938       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1939       // side to move.
1940       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1941           return false;
1942   }
1943
1944   // Hash key OK?
1945   if (failedStep) (*failedStep)++;
1946   if (debugKey && st->key != compute_key())
1947       return false;
1948
1949   // Pawn hash key OK?
1950   if (failedStep) (*failedStep)++;
1951   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1952       return false;
1953
1954   // Material hash key OK?
1955   if (failedStep) (*failedStep)++;
1956   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1957       return false;
1958
1959   // Incremental eval OK?
1960   if (failedStep) (*failedStep)++;
1961   if (debugIncrementalEval)
1962   {
1963       if (st->mgValue != compute_value<MidGame>())
1964           return false;
1965
1966       if (st->egValue != compute_value<EndGame>())
1967           return false;
1968   }
1969
1970   // Non-pawn material OK?
1971   if (failedStep) (*failedStep)++;
1972   if (debugNonPawnMaterial)
1973   {
1974       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1975           return false;
1976
1977       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1978           return false;
1979   }
1980
1981   // Piece counts OK?
1982   if (failedStep) (*failedStep)++;
1983   if (debugPieceCounts)
1984       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1985           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1986               if (pieceCount[c][pt] != count_1s(pieces_of_color_and_type(c, pt)))
1987                   return false;
1988
1989   if (failedStep) (*failedStep)++;
1990   if (debugPieceList)
1991   {
1992       for(Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1993           for(PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1994               for(int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1995               {
1996                   if (piece_on(piece_list(c, pt, i)) != piece_of_color_and_type(c, pt))
1997                       return false;
1998
1999                   if (index[piece_list(c, pt, i)] != i)
2000                       return false;
2001               }
2002   }
2003   if (failedStep) *failedStep = 0;
2004   return true;
2005 }