9d7679ab0979e1daee7f38528d6b5bdb23d318e9
[stockfish] / src / position.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <cstring>
22 #include <fstream>
23 #include <iostream>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "movegen.h"
28 #include "position.h"
29 #include "psqtab.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "thread.h"
32 #include "tt.h"
33
34 using std::string;
35 using std::cout;
36 using std::endl;
37
38 Key Position::zobrist[2][8][64];
39 Key Position::zobEp[64];
40 Key Position::zobCastle[16];
41 Key Position::zobSideToMove;
42 Key Position::zobExclusion;
43
44 Score Position::pieceSquareTable[16][64];
45
46 // Material values arrays, indexed by Piece
47 const Value PieceValueMidgame[17] = {
48   VALUE_ZERO,
49   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
50   RookValueMidgame, QueenValueMidgame,
51   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
52   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
53   RookValueMidgame, QueenValueMidgame
54 };
55
56 const Value PieceValueEndgame[17] = {
57   VALUE_ZERO,
58   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
59   RookValueEndgame, QueenValueEndgame,
60   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
61   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
62   RookValueEndgame, QueenValueEndgame
63 };
64
65
66 namespace {
67
68   // Bonus for having the side to move (modified by Joona Kiiski)
69   const Score TempoValue = make_score(48, 22);
70
71   // To convert a Piece to and from a FEN char
72   const string PieceToChar(".PNBRQK  pnbrqk  ");
73 }
74
75
76 /// CheckInfo c'tor
77
78 CheckInfo::CheckInfo(const Position& pos) {
79
80   Color them = flip(pos.side_to_move());
81   Square ksq = pos.king_square(them);
82
83   pinned = pos.pinned_pieces();
84   dcCandidates = pos.discovered_check_candidates();
85
86   checkSq[PAWN]   = pos.attacks_from<PAWN>(ksq, them);
87   checkSq[KNIGHT] = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq);
88   checkSq[BISHOP] = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
89   checkSq[ROOK]   = pos.attacks_from<ROOK>(ksq);
90   checkSq[QUEEN]  = checkSq[BISHOP] | checkSq[ROOK];
91   checkSq[KING]   = EmptyBoardBB;
92 }
93
94
95 /// Position c'tors. Here we always create a copy of the original position
96 /// or the FEN string, we want the new born Position object do not depend
97 /// on any external data so we detach state pointer from the source one.
98
99 Position::Position(const Position& pos, int th) {
100
101   memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
102   threadID = th;
103   nodes = 0;
104
105   assert(pos_is_ok());
106 }
107
108 Position::Position(const string& fen, bool isChess960, int th) {
109
110   from_fen(fen, isChess960);
111   threadID = th;
112 }
113
114
115 /// Position::from_fen() initializes the position object with the given FEN
116 /// string. This function is not very robust - make sure that input FENs are
117 /// correct (this is assumed to be the responsibility of the GUI).
118
119 void Position::from_fen(const string& fenStr, bool isChess960) {
120 /*
121    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
122
123    A FEN string contains six fields. The separator between fields is a space. The fields are:
124
125    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting with rank 8 and ending
126       with rank 1; within each rank, the contents of each square are described from file A through file H.
127       Following the Standard Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
128       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case letters ("PNBRQK")
129       while Black take lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are noted using digits 1 through 8 (the number
130       of blank squares), and "/" separate ranks.
131
132    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
133
134    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise, this has one or more
135       letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White can castle queenside), "k" (Black can castle
136       kingside), and/or "q" (Black can castle queenside).
137
138    4) En passant target square in algebraic notation. If there's no en passant target square, this is "-".
139       If a pawn has just made a 2-square move, this is the position "behind" the pawn. This is recorded
140       regardless of whether there is a pawn in position to make an en passant capture.
141
142    5) Halfmove clock: This is the number of halfmoves since the last pawn advance or capture. This is used
143       to determine if a draw can be claimed under the fifty-move rule.
144
145    6) Fullmove number: The number of the full move. It starts at 1, and is incremented after Black's move.
146 */
147
148   char col, row, token;
149   size_t p;
150   Square sq = SQ_A8;
151   std::istringstream fen(fenStr);
152
153   clear();
154   fen >> std::noskipws;
155
156   // 1. Piece placement
157   while ((fen >> token) && !isspace(token))
158   {
159       if (token == '/')
160           sq -= Square(16); // Jump back of 2 rows
161
162       else if (isdigit(token))
163           sq += Square(token - '0'); // Skip the given number of files
164
165       else if ((p = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
166       {
167           put_piece(Piece(p), sq);
168           sq++;
169       }
170   }
171
172   // 2. Active color
173   fen >> token;
174   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
175   fen >> token;
176
177   // 3. Castling availability
178   while ((fen >> token) && !isspace(token))
179       set_castling_rights(token);
180
181   // 4. En passant square. Ignore if no pawn capture is possible
182   if (   ((fen >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
183       && ((fen >> row) && (row == '3' || row == '6')))
184   {
185       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
186       Color them = flip(sideToMove);
187
188       if (!(attacks_from<PAWN>(st->epSquare, them) & pieces(PAWN, sideToMove)))
189           st->epSquare = SQ_NONE;
190   }
191
192   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
193   fen >> std::skipws >> st->rule50 >> startPosPly;
194
195   // Convert from fullmove starting from 1 to ply starting from 0,
196   // handle also common incorrect FEN with fullmove = 0.
197   startPosPly = Max(2 * (startPosPly - 1), 0) + int(sideToMove == BLACK);
198
199   // Various initialisations
200   chess960 = isChess960;
201   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(flip(sideToMove));
202
203   st->key = compute_key();
204   st->pawnKey = compute_pawn_key();
205   st->materialKey = compute_material_key();
206   st->value = compute_value();
207   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
208   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
209
210   assert(pos_is_ok());
211 }
212
213
214 /// Position::set_castle() is an helper function used to set
215 /// correct castling related flags.
216
217 void Position::set_castle(int f, Square ksq, Square rsq) {
218
219   st->castleRights |= f;
220   castleRightsMask[ksq] ^= f;
221   castleRightsMask[rsq] ^= f;
222   castleRookSquare[f] = rsq;
223 }
224
225
226 /// Position::set_castling_rights() sets castling parameters castling avaiability.
227 /// This function is compatible with 3 standards: Normal FEN standard, Shredder-FEN
228 /// that uses the letters of the columns on which the rooks began the game instead
229 /// of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960, if an inner Rook is
230 /// associated with the castling right, the traditional castling tag will be replaced
231 /// by the file letter of the involved rook as for the Shredder-FEN.
232
233 void Position::set_castling_rights(char token) {
234
235     Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
236
237     Square sqA = relative_square(c, SQ_A1);
238     Square sqH = relative_square(c, SQ_H1);
239     Square rsq, ksq = king_square(c);
240
241     token = char(toupper(token));
242
243     if (token == 'K')
244         for (rsq = sqH; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq--) {}
245
246     else if (token == 'Q')
247         for (rsq = sqA; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq++) {}
248
249     else if (token >= 'A' && token <= 'H')
250         rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
251
252     else return;
253
254     if (file_of(rsq) < file_of(ksq))
255         set_castle(WHITE_OOO << c, ksq, rsq);
256     else
257         set_castle(WHITE_OO << c, ksq, rsq);
258 }
259
260
261 /// Position::to_fen() returns a FEN representation of the position. In case
262 /// of Chess960 the Shredder-FEN notation is used. Mainly a debugging function.
263
264 const string Position::to_fen() const {
265
266   std::ostringstream fen;
267   Square sq;
268   int emptyCnt;
269
270   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
271   {
272       emptyCnt = 0;
273
274       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
275       {
276           sq = make_square(file, rank);
277
278           if (!square_is_empty(sq))
279           {
280               if (emptyCnt)
281               {
282                   fen << emptyCnt;
283                   emptyCnt = 0;
284               }
285               fen << PieceToChar[piece_on(sq)];
286           }
287           else
288               emptyCnt++;
289       }
290
291       if (emptyCnt)
292           fen << emptyCnt;
293
294       if (rank > RANK_1)
295           fen << '/';
296   }
297
298   fen << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
299
300   if (st->castleRights != CASTLES_NONE)
301   {
302       if (can_castle(WHITE_OO))
303           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(file_of(castle_rook_square(WHITE_OO))))) : 'K');
304
305       if (can_castle(WHITE_OOO))
306           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(file_of(castle_rook_square(WHITE_OOO))))) : 'Q');
307
308       if (can_castle(BLACK_OO))
309           fen << (chess960 ? file_to_char(file_of(castle_rook_square(BLACK_OO))) : 'k');
310
311       if (can_castle(BLACK_OOO))
312           fen << (chess960 ? file_to_char(file_of(castle_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
313   } else
314       fen << '-';
315
316   fen << (ep_square() == SQ_NONE ? " -" : " " + square_to_string(ep_square()))
317       << " " << st->rule50 << " " << 1 + (startPosPly - int(sideToMove == BLACK)) / 2;
318
319   return fen.str();
320 }
321
322
323 /// Position::print() prints an ASCII representation of the position to
324 /// the standard output. If a move is given then also the san is printed.
325
326 void Position::print(Move move) const {
327
328   const char* dottedLine = "\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
329
330   if (move)
331   {
332       Position p(*this, thread());
333       string dd = (sideToMove == BLACK ? ".." : "");
334       cout << "\nMove is: " << dd << move_to_san(p, move);
335   }
336
337   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
338   {
339       cout << dottedLine << '|';
340       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
341       {
342           Square sq = make_square(file, rank);
343           Piece piece = piece_on(sq);
344
345           if (piece == PIECE_NONE && color_of(sq) == DARK)
346               piece = PIECE_NONE_DARK_SQ;
347
348           char c = (color_of(piece_on(sq)) == BLACK ? '=' : ' ');
349           cout << c << PieceToChar[piece] << c << '|';
350       }
351   }
352   cout << dottedLine << "Fen is: " << to_fen() << "\nKey is: " << st->key << endl;
353 }
354
355
356 /// Position:hidden_checkers<>() returns a bitboard of all pinned (against the
357 /// king) pieces for the given color. Or, when template parameter FindPinned is
358 /// false, the function return the pieces of the given color candidate for a
359 /// discovery check against the enemy king.
360
361 template<bool FindPinned>
362 Bitboard Position::hidden_checkers() const {
363
364   // Pinned pieces protect our king, dicovery checks attack the enemy king
365   Bitboard b, result = EmptyBoardBB;
366   Bitboard pinners = pieces(FindPinned ? flip(sideToMove) : sideToMove);
367   Square ksq = king_square(FindPinned ? sideToMove : flip(sideToMove));
368
369   // Pinners are sliders, that give check when candidate pinned is removed
370   pinners &=  (pieces(ROOK, QUEEN) & RookPseudoAttacks[ksq])
371             | (pieces(BISHOP, QUEEN) & BishopPseudoAttacks[ksq]);
372
373   while (pinners)
374   {
375       b = squares_between(ksq, pop_1st_bit(&pinners)) & occupied_squares();
376
377       // Only one bit set and is an our piece?
378       if (b && !(b & (b - 1)) && (b & pieces(sideToMove)))
379           result |= b;
380   }
381   return result;
382 }
383
384
385 /// Position:pinned_pieces() returns a bitboard of all pinned (against the
386 /// king) pieces for the side to move.
387
388 Bitboard Position::pinned_pieces() const {
389
390   return hidden_checkers<true>();
391 }
392
393
394 /// Position:discovered_check_candidates() returns a bitboard containing all
395 /// pieces for the side to move which are candidates for giving a discovered
396 /// check.
397
398 Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
399
400   return hidden_checkers<false>();
401 }
402
403 /// Position::attackers_to() computes a bitboard of all pieces which attacks a
404 /// given square. Slider attacks use occ bitboard as occupancy.
405
406 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occ) const {
407
408   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
409         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
410         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
411         | (rook_attacks_bb(s, occ)      & pieces(ROOK, QUEEN))
412         | (bishop_attacks_bb(s, occ)    & pieces(BISHOP, QUEEN))
413         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
414 }
415
416 /// Position::attacks_from() computes a bitboard of all attacks of a given piece
417 /// put in a given square. Slider attacks use occ bitboard as occupancy.
418
419 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ) {
420
421   assert(square_is_ok(s));
422
423   switch (p)
424   {
425   case WB: case BB: return bishop_attacks_bb(s, occ);
426   case WR: case BR: return rook_attacks_bb(s, occ);
427   case WQ: case BQ: return bishop_attacks_bb(s, occ) | rook_attacks_bb(s, occ);
428   default: return StepAttacksBB[p][s];
429   }
430 }
431
432
433 /// Position::move_attacks_square() tests whether a move from the current
434 /// position attacks a given square.
435
436 bool Position::move_attacks_square(Move m, Square s) const {
437
438   assert(is_ok(m));
439   assert(square_is_ok(s));
440
441   Bitboard occ, xray;
442   Square f = move_from(m), t = move_to(m);
443
444   assert(!square_is_empty(f));
445
446   if (bit_is_set(attacks_from(piece_on(f), t), s))
447       return true;
448
449   // Move the piece and scan for X-ray attacks behind it
450   occ = occupied_squares();
451   do_move_bb(&occ, make_move_bb(f, t));
452   xray = ( (rook_attacks_bb(s, occ)   & pieces(ROOK, QUEEN))
453           |(bishop_attacks_bb(s, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN)))
454          & pieces(color_of(piece_on(f)));
455
456   // If we have attacks we need to verify that are caused by our move
457   // and are not already existent ones.
458   return xray && (xray ^ (xray & attacks_from<QUEEN>(s)));
459 }
460
461
462 /// Position::pl_move_is_legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
463
464 bool Position::pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const {
465
466   assert(is_ok(m));
467   assert(pinned == pinned_pieces());
468
469   Color us = side_to_move();
470   Square from = move_from(m);
471
472   assert(color_of(piece_on(from)) == us);
473   assert(piece_on(king_square(us)) == make_piece(us, KING));
474
475   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
476   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
477   // the move is made.
478   if (is_enpassant(m))
479   {
480       Color them = flip(us);
481       Square to = move_to(m);
482       Square capsq = to + pawn_push(them);
483       Square ksq = king_square(us);
484       Bitboard b = occupied_squares();
485
486       assert(to == ep_square());
487       assert(piece_on(from) == make_piece(us, PAWN));
488       assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
489       assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
490
491       clear_bit(&b, from);
492       clear_bit(&b, capsq);
493       set_bit(&b, to);
494
495       return   !(rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, them))
496             && !(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, them));
497   }
498
499   // If the moving piece is a king, check whether the destination
500   // square is attacked by the opponent. Castling moves are checked
501   // for legality during move generation.
502   if (type_of(piece_on(from)) == KING)
503       return is_castle(m) || !(attackers_to(move_to(m)) & pieces(flip(us)));
504
505   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
506   // is moving along the ray towards or away from the king.
507   return   !pinned
508         || !bit_is_set(pinned, from)
509         ||  squares_aligned(from, move_to(m), king_square(us));
510 }
511
512
513 /// Position::move_is_legal() takes a random move and tests whether the move
514 /// is legal. This version is not very fast and should be used only
515 /// in non time-critical paths.
516
517 bool Position::move_is_legal(const Move m) const {
518
519   for (MoveList<MV_LEGAL> ml(*this); !ml.end(); ++ml)
520       if (ml.move() == m)
521           return true;
522
523   return false;
524 }
525
526
527 /// Position::is_pseudo_legal() takes a random move and tests whether the move
528 /// is pseudo legal. It is used to validate moves from TT that can be corrupted
529 /// due to SMP concurrent access or hash position key aliasing.
530
531 bool Position::is_pseudo_legal(const Move m) const {
532
533   Color us = sideToMove;
534   Color them = flip(sideToMove);
535   Square from = move_from(m);
536   Square to = move_to(m);
537   Piece pc = piece_on(from);
538
539   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
540   if (is_special(m))
541       return move_is_legal(m);
542
543   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
544   if (promotion_piece_type(m) - 2 != PIECE_TYPE_NONE)
545       return false;
546
547   // If the from square is not occupied by a piece belonging to the side to
548   // move, the move is obviously not legal.
549   if (pc == PIECE_NONE || color_of(pc) != us)
550       return false;
551
552   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
553   if (color_of(piece_on(to)) == us)
554       return false;
555
556   // Handle the special case of a pawn move
557   if (type_of(pc) == PAWN)
558   {
559       // Move direction must be compatible with pawn color
560       int direction = to - from;
561       if ((us == WHITE) != (direction > 0))
562           return false;
563
564       // We have already handled promotion moves, so destination
565       // cannot be on the 8/1th rank.
566       if (rank_of(to) == RANK_8 || rank_of(to) == RANK_1)
567           return false;
568
569       // Proceed according to the square delta between the origin and
570       // destination squares.
571       switch (direction)
572       {
573       case DELTA_NW:
574       case DELTA_NE:
575       case DELTA_SW:
576       case DELTA_SE:
577       // Capture. The destination square must be occupied by an enemy
578       // piece (en passant captures was handled earlier).
579       if (color_of(piece_on(to)) != them)
580           return false;
581
582       // From and to files must be one file apart, avoids a7h5
583       if (abs(file_of(from) - file_of(to)) != 1)
584           return false;
585       break;
586
587       case DELTA_N:
588       case DELTA_S:
589       // Pawn push. The destination square must be empty.
590       if (!square_is_empty(to))
591           return false;
592       break;
593
594       case DELTA_NN:
595       // Double white pawn push. The destination square must be on the fourth
596       // rank, and both the destination square and the square between the
597       // source and destination squares must be empty.
598       if (   rank_of(to) != RANK_4
599           || !square_is_empty(to)
600           || !square_is_empty(from + DELTA_N))
601           return false;
602       break;
603
604       case DELTA_SS:
605       // Double black pawn push. The destination square must be on the fifth
606       // rank, and both the destination square and the square between the
607       // source and destination squares must be empty.
608       if (   rank_of(to) != RANK_5
609           || !square_is_empty(to)
610           || !square_is_empty(from + DELTA_S))
611           return false;
612       break;
613
614       default:
615           return false;
616       }
617   }
618   else if (!bit_is_set(attacks_from(pc, from), to))
619       return false;
620
621   // Evasions generator already takes care to avoid some kind of illegal moves
622   // and pl_move_is_legal() relies on this. So we have to take care that the
623   // same kind of moves are filtered out here.
624   if (in_check())
625   {
626       // In case of king moves under check we have to remove king so to catch
627       // as invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
628       if (type_of(piece_on(from)) == KING)
629       {
630           Bitboard b = occupied_squares();
631           clear_bit(&b, from);
632           if (attackers_to(move_to(m), b) & pieces(flip(us)))
633               return false;
634       }
635       else
636       {
637           Bitboard target = checkers();
638           Square checksq = pop_1st_bit(&target);
639
640           if (target) // double check ? In this case a king move is required
641               return false;
642
643           // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
644           target = squares_between(checksq, king_square(us)) | checkers();
645           if (!bit_is_set(target, move_to(m)))
646               return false;
647       }
648   }
649
650   return true;
651 }
652
653
654 /// Position::move_gives_check() tests whether a pseudo-legal move gives a check
655
656 bool Position::move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const {
657
658   assert(is_ok(m));
659   assert(ci.dcCandidates == discovered_check_candidates());
660   assert(color_of(piece_on(move_from(m))) == side_to_move());
661
662   Square from = move_from(m);
663   Square to = move_to(m);
664   PieceType pt = type_of(piece_on(from));
665
666   // Direct check ?
667   if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
668       return true;
669
670   // Discovery check ?
671   if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
672   {
673       // For pawn and king moves we need to verify also direction
674       if (  (pt != PAWN && pt != KING)
675           || !squares_aligned(from, to, king_square(flip(side_to_move()))))
676           return true;
677   }
678
679   // Can we skip the ugly special cases ?
680   if (!is_special(m))
681       return false;
682
683   Color us = side_to_move();
684   Bitboard b = occupied_squares();
685   Square ksq = king_square(flip(us));
686
687   // Promotion with check ?
688   if (is_promotion(m))
689   {
690       clear_bit(&b, from);
691       return bit_is_set(attacks_from(Piece(promotion_piece_type(m)), to, b), ksq);
692   }
693
694   // En passant capture with check ? We have already handled the case
695   // of direct checks and ordinary discovered check, the only case we
696   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
697   // the captured pawn.
698   if (is_enpassant(m))
699   {
700       Square capsq = make_square(file_of(to), rank_of(from));
701       clear_bit(&b, from);
702       clear_bit(&b, capsq);
703       set_bit(&b, to);
704       return  (rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, us))
705             ||(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
706   }
707
708   // Castling with check ?
709   if (is_castle(m))
710   {
711       Square kfrom, kto, rfrom, rto;
712       kfrom = from;
713       rfrom = to;
714
715       if (rfrom > kfrom)
716       {
717           kto = relative_square(us, SQ_G1);
718           rto = relative_square(us, SQ_F1);
719       } else {
720           kto = relative_square(us, SQ_C1);
721           rto = relative_square(us, SQ_D1);
722       }
723       clear_bit(&b, kfrom);
724       clear_bit(&b, rfrom);
725       set_bit(&b, rto);
726       set_bit(&b, kto);
727       return bit_is_set(rook_attacks_bb(rto, b), ksq);
728   }
729
730   return false;
731 }
732
733
734 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
735 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
736 /// moves should be filtered out before this function is called.
737
738 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
739
740   CheckInfo ci(*this);
741   do_move(m, newSt, ci, move_gives_check(m, ci));
742 }
743
744 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck) {
745
746   assert(is_ok(m));
747   assert(&newSt != st);
748
749   nodes++;
750   Key key = st->key;
751
752   // Copy some fields of old state to our new StateInfo object except the
753   // ones which are recalculated from scratch anyway, then switch our state
754   // pointer to point to the new, ready to be updated, state.
755   struct ReducedStateInfo {
756     Key pawnKey, materialKey;
757     Value npMaterial[2];
758     int castleRights, rule50, pliesFromNull;
759     Score value;
760     Square epSquare;
761   };
762
763   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
764
765   newSt.previous = st;
766   st = &newSt;
767
768   // Update side to move
769   key ^= zobSideToMove;
770
771   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
772   // case of non-reversible moves is taken care of later.
773   st->rule50++;
774   st->pliesFromNull++;
775
776   if (is_castle(m))
777   {
778       st->key = key;
779       do_castle_move(m);
780       return;
781   }
782
783   Color us = side_to_move();
784   Color them = flip(us);
785   Square from = move_from(m);
786   Square to = move_to(m);
787   bool ep = is_enpassant(m);
788   bool pm = is_promotion(m);
789
790   Piece piece = piece_on(from);
791   PieceType pt = type_of(piece);
792   PieceType capture = ep ? PAWN : type_of(piece_on(to));
793
794   assert(color_of(piece_on(from)) == us);
795   assert(color_of(piece_on(to)) == them || square_is_empty(to));
796   assert(!(ep || pm) || piece == make_piece(us, PAWN));
797   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
798
799   if (capture)
800       do_capture_move(key, capture, them, to, ep);
801
802   // Update hash key
803   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
804
805   // Reset en passant square
806   if (st->epSquare != SQ_NONE)
807   {
808       key ^= zobEp[st->epSquare];
809       st->epSquare = SQ_NONE;
810   }
811
812   // Update castle rights if needed
813   if (    st->castleRights != CASTLES_NONE
814       && (castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to]) != ALL_CASTLES)
815   {
816       key ^= zobCastle[st->castleRights];
817       st->castleRights &= castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
818       key ^= zobCastle[st->castleRights];
819   }
820
821   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
822   prefetch((char*)TT.first_entry(key));
823
824   // Move the piece
825   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
826   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
827   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
828   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
829
830   board[to] = board[from];
831   board[from] = PIECE_NONE;
832
833   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
834   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
835   // by known occupied squares.
836   index[to] = index[from];
837   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
838
839   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
840   if (pt == PAWN)
841   {
842       // Reset rule 50 draw counter
843       st->rule50 = 0;
844
845       // Update pawn hash key and prefetch in L1/L2 cache
846       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
847
848       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
849       if ((to ^ from) == 16)
850       {
851           if (attacks_from<PAWN>(from + pawn_push(us), us) & pieces(PAWN, them))
852           {
853               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
854               key ^= zobEp[st->epSquare];
855           }
856       }
857
858       if (pm) // promotion ?
859       {
860           PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
861
862           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
863
864           // Insert promoted piece instead of pawn
865           clear_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
866           set_bit(&byTypeBB[promotion], to);
867           board[to] = make_piece(us, promotion);
868
869           // Update piece counts
870           pieceCount[us][promotion]++;
871           pieceCount[us][PAWN]--;
872
873           // Update material key
874           st->materialKey ^= zobrist[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
875           st->materialKey ^= zobrist[us][promotion][pieceCount[us][promotion]-1];
876
877           // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
878           // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
879           Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
880           index[lastPawnSquare] = index[to];
881           pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
882           pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
883           index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
884           pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
885
886           // Partially revert hash keys update
887           key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
888           st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
889
890           // Partially revert and update incremental scores
891           st->value -= pst(make_piece(us, PAWN), to);
892           st->value += pst(make_piece(us, promotion), to);
893
894           // Update material
895           st->npMaterial[us] += PieceValueMidgame[promotion];
896       }
897   }
898
899   // Prefetch pawn and material hash tables
900   Threads[threadID].pawnTable.prefetch(st->pawnKey);
901   Threads[threadID].materialTable.prefetch(st->materialKey);
902
903   // Update incremental scores
904   st->value += pst_delta(piece, from, to);
905
906   // Set capture piece
907   st->capturedType = capture;
908
909   // Update the key with the final value
910   st->key = key;
911
912   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
913   st->checkersBB = EmptyBoardBB;
914
915   if (moveIsCheck)
916   {
917       if (ep | pm)
918           st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
919       else
920       {
921           // Direct checks
922           if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
923               st->checkersBB = SetMaskBB[to];
924
925           // Discovery checks
926           if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
927           {
928               if (pt != ROOK)
929                   st->checkersBB |= (attacks_from<ROOK>(king_square(them)) & pieces(ROOK, QUEEN, us));
930
931               if (pt != BISHOP)
932                   st->checkersBB |= (attacks_from<BISHOP>(king_square(them)) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
933           }
934       }
935   }
936
937   // Finish
938   sideToMove = flip(sideToMove);
939   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
940
941   assert(pos_is_ok());
942 }
943
944
945 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
946 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
947
948 void Position::do_capture_move(Key& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
949
950     assert(capture != KING);
951
952     Square capsq = to;
953
954     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key,
955     // otherwise update non-pawn material.
956     if (capture == PAWN)
957     {
958         if (ep) // en passant ?
959         {
960             capsq = to + pawn_push(them);
961
962             assert(to == st->epSquare);
963             assert(relative_rank(flip(them), to) == RANK_6);
964             assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
965             assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
966
967             board[capsq] = PIECE_NONE;
968         }
969         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
970     }
971     else
972         st->npMaterial[them] -= PieceValueMidgame[capture];
973
974     // Remove captured piece
975     clear_bit(&byColorBB[them], capsq);
976     clear_bit(&byTypeBB[capture], capsq);
977     clear_bit(&byTypeBB[0], capsq);
978
979     // Update hash key
980     key ^= zobrist[them][capture][capsq];
981
982     // Update incremental scores
983     st->value -= pst(make_piece(them, capture), capsq);
984
985     // Update piece count
986     pieceCount[them][capture]--;
987
988     // Update material hash key
989     st->materialKey ^= zobrist[them][capture][pieceCount[them][capture]];
990
991     // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
992     //
993     // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
994     // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
995     // at the end of the list and not in its original place, it means
996     // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
997     // do_move() + undo_move() sequence.
998     Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
999     index[lastPieceSquare] = index[capsq];
1000     pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
1001     pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
1002
1003     // Reset rule 50 counter
1004     st->rule50 = 0;
1005 }
1006
1007
1008 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
1009 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
1010 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1011 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1012
1013 void Position::do_castle_move(Move m) {
1014
1015   assert(is_ok(m));
1016   assert(is_castle(m));
1017
1018   Color us = side_to_move();
1019   Color them = flip(us);
1020
1021   // Find source squares for king and rook
1022   Square kfrom = move_from(m);
1023   Square rfrom = move_to(m);
1024   Square kto, rto;
1025
1026   assert(piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
1027   assert(piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
1028
1029   // Find destination squares for king and rook
1030   if (rfrom > kfrom) // O-O
1031   {
1032       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1033       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1034   }
1035   else // O-O-O
1036   {
1037       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1038       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1039   }
1040
1041   // Remove pieces from source squares
1042   clear_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1043   clear_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1044   clear_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1045   clear_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1046   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1047   clear_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1048
1049   // Put pieces on destination squares
1050   set_bit(&byColorBB[us], kto);
1051   set_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1052   set_bit(&byTypeBB[0], kto);
1053   set_bit(&byColorBB[us], rto);
1054   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1055   set_bit(&byTypeBB[0], rto);
1056
1057   // Update board
1058   Piece king = make_piece(us, KING);
1059   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1060   board[kfrom] = board[rfrom] = PIECE_NONE;
1061   board[kto] = king;
1062   board[rto] = rook;
1063
1064   // Update piece lists
1065   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1066   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1067   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be kto == rfrom
1068   index[kto] = index[kfrom];
1069   index[rto] = tmp;
1070
1071   // Reset capture field
1072   st->capturedType = PIECE_TYPE_NONE;
1073
1074   // Update incremental scores
1075   st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1076   st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1077
1078   // Update hash key
1079   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1080   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1081
1082   // Clear en passant square
1083   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1084   {
1085       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1086       st->epSquare = SQ_NONE;
1087   }
1088
1089   // Update castling rights
1090   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1091   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1092   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1093
1094   // Reset rule 50 counter
1095   st->rule50 = 0;
1096
1097   // Update checkers BB
1098   st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
1099
1100   // Finish
1101   sideToMove = flip(sideToMove);
1102   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1103
1104   assert(pos_is_ok());
1105 }
1106
1107
1108 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1109 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1110
1111 void Position::undo_move(Move m) {
1112
1113   assert(is_ok(m));
1114
1115   sideToMove = flip(sideToMove);
1116
1117   if (is_castle(m))
1118   {
1119       undo_castle_move(m);
1120       return;
1121   }
1122
1123   Color us = side_to_move();
1124   Color them = flip(us);
1125   Square from = move_from(m);
1126   Square to = move_to(m);
1127   bool ep = is_enpassant(m);
1128   bool pm = is_promotion(m);
1129
1130   PieceType pt = type_of(piece_on(to));
1131
1132   assert(square_is_empty(from));
1133   assert(color_of(piece_on(to)) == us);
1134   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1135   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1136   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1137   assert(!ep || piece_on(to) == make_piece(us, PAWN));
1138
1139   if (pm) // promotion ?
1140   {
1141       PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
1142       pt = PAWN;
1143
1144       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1145       assert(piece_on(to) == make_piece(us, promotion));
1146
1147       // Replace promoted piece with a pawn
1148       clear_bit(&byTypeBB[promotion], to);
1149       set_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
1150
1151       // Update piece counts
1152       pieceCount[us][promotion]--;
1153       pieceCount[us][PAWN]++;
1154
1155       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1156       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1157       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1158       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1159       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1160       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1161       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1162   }
1163
1164   // Put the piece back at the source square
1165   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1166   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
1167   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
1168   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1169
1170   board[from] = make_piece(us, pt);
1171   board[to] = PIECE_NONE;
1172
1173   // Update piece list
1174   index[from] = index[to];
1175   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1176
1177   if (st->capturedType)
1178   {
1179       Square capsq = to;
1180
1181       if (ep)
1182           capsq = to - pawn_push(us);
1183
1184       assert(st->capturedType != KING);
1185       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1186
1187       // Restore the captured piece
1188       set_bit(&byColorBB[them], capsq);
1189       set_bit(&byTypeBB[st->capturedType], capsq);
1190       set_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1191
1192       board[capsq] = make_piece(them, st->capturedType);
1193
1194       // Update piece count
1195       pieceCount[them][st->capturedType]++;
1196
1197       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1198       index[capsq] = pieceCount[them][st->capturedType] - 1;
1199       pieceList[them][st->capturedType][index[capsq]] = capsq;
1200   }
1201
1202   // Finally point our state pointer back to the previous state
1203   st = st->previous;
1204
1205   assert(pos_is_ok());
1206 }
1207
1208
1209 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1210 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1211 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1212 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1213
1214 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1215
1216   assert(is_ok(m));
1217   assert(is_castle(m));
1218
1219   // When we have arrived here, some work has already been done by
1220   // Position::undo_move. In particular, the side to move has been switched,
1221   // so the code below is correct.
1222   Color us = side_to_move();
1223
1224   // Find source squares for king and rook
1225   Square kfrom = move_from(m);
1226   Square rfrom = move_to(m);
1227   Square kto, rto;
1228
1229   // Find destination squares for king and rook
1230   if (rfrom > kfrom) // O-O
1231   {
1232       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1233       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1234   }
1235   else // O-O-O
1236   {
1237       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1238       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1239   }
1240
1241   assert(piece_on(kto) == make_piece(us, KING));
1242   assert(piece_on(rto) == make_piece(us, ROOK));
1243
1244   // Remove pieces from destination squares
1245   clear_bit(&byColorBB[us], kto);
1246   clear_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1247   clear_bit(&byTypeBB[0], kto);
1248   clear_bit(&byColorBB[us], rto);
1249   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1250   clear_bit(&byTypeBB[0], rto);
1251
1252   // Put pieces on source squares
1253   set_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1254   set_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1255   set_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1256   set_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1257   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1258   set_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1259
1260   // Update board
1261   Piece king = make_piece(us, KING);
1262   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1263   board[kto] = board[rto] = PIECE_NONE;
1264   board[kfrom] = king;
1265   board[rfrom] = rook;
1266
1267   // Update piece lists
1268   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1269   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1270   int tmp = index[rto];  // In Chess960 could be rto == kfrom
1271   index[kfrom] = index[kto];
1272   index[rfrom] = tmp;
1273
1274   // Finally point our state pointer back to the previous state
1275   st = st->previous;
1276
1277   assert(pos_is_ok());
1278 }
1279
1280
1281 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1282 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1283
1284 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1285
1286   assert(!in_check());
1287
1288   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1289   // StateInfo object.
1290   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1291   // a backup storage not as a new state to be used.
1292   backupSt.key      = st->key;
1293   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1294   backupSt.value    = st->value;
1295   backupSt.previous = st->previous;
1296   backupSt.pliesFromNull = st->pliesFromNull;
1297   st->previous = &backupSt;
1298
1299   // Update the necessary information
1300   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1301       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1302
1303   st->key ^= zobSideToMove;
1304   prefetch((char*)TT.first_entry(st->key));
1305
1306   sideToMove = flip(sideToMove);
1307   st->epSquare = SQ_NONE;
1308   st->rule50++;
1309   st->pliesFromNull = 0;
1310   st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1311
1312   assert(pos_is_ok());
1313 }
1314
1315
1316 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1317
1318 void Position::undo_null_move() {
1319
1320   assert(!in_check());
1321
1322   // Restore information from the our backup StateInfo object
1323   StateInfo* backupSt = st->previous;
1324   st->key      = backupSt->key;
1325   st->epSquare = backupSt->epSquare;
1326   st->value    = backupSt->value;
1327   st->previous = backupSt->previous;
1328   st->pliesFromNull = backupSt->pliesFromNull;
1329
1330   // Update the necessary information
1331   sideToMove = flip(sideToMove);
1332   st->rule50--;
1333
1334   assert(pos_is_ok());
1335 }
1336
1337
1338 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1339 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1340 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1341 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1342 /// not yet understand promotions captures.
1343
1344 int Position::see_sign(Move m) const {
1345
1346   assert(is_ok(m));
1347
1348   Square from = move_from(m);
1349   Square to = move_to(m);
1350
1351   // Early return if SEE cannot be negative because captured piece value
1352   // is not less then capturing one. Note that king moves always return
1353   // here because king midgame value is set to 0.
1354   if (PieceValueMidgame[piece_on(to)] >= PieceValueMidgame[piece_on(from)])
1355       return 1;
1356
1357   return see(m);
1358 }
1359
1360 int Position::see(Move m) const {
1361
1362   Square from, to;
1363   Bitboard occupied, attackers, stmAttackers, b;
1364   int swapList[32], slIndex = 1;
1365   PieceType capturedType, pt;
1366   Color stm;
1367
1368   assert(is_ok(m));
1369
1370   // As castle moves are implemented as capturing the rook, they have
1371   // SEE == RookValueMidgame most of the times (unless the rook is under
1372   // attack).
1373   if (is_castle(m))
1374       return 0;
1375
1376   from = move_from(m);
1377   to = move_to(m);
1378   capturedType = type_of(piece_on(to));
1379   occupied = occupied_squares();
1380
1381   // Handle en passant moves
1382   if (st->epSquare == to && type_of(piece_on(from)) == PAWN)
1383   {
1384       Square capQq = to - pawn_push(side_to_move());
1385
1386       assert(capturedType == PIECE_TYPE_NONE);
1387       assert(type_of(piece_on(capQq)) == PAWN);
1388
1389       // Remove the captured pawn
1390       clear_bit(&occupied, capQq);
1391       capturedType = PAWN;
1392   }
1393
1394   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1395   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1396   clear_bit(&occupied, from);
1397   attackers = attackers_to(to, occupied);
1398
1399   // If the opponent has no attackers we are finished
1400   stm = flip(color_of(piece_on(from)));
1401   stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1402   if (!stmAttackers)
1403       return PieceValueMidgame[capturedType];
1404
1405   // The destination square is defended, which makes things rather more
1406   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1407   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1408   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1409   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1410   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1411   swapList[0] = PieceValueMidgame[capturedType];
1412   capturedType = type_of(piece_on(from));
1413
1414   do {
1415       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1416       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1417       // that the side to move still has at least one attacker left.
1418       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1419           assert(pt < KING);
1420
1421       // Remove the attacker we just found from the 'occupied' bitboard,
1422       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1423       b = stmAttackers & pieces(pt);
1424       occupied ^= (b & (~b + 1));
1425       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occupied)   & pieces(ROOK, QUEEN))
1426                   | (bishop_attacks_bb(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1427
1428       attackers &= occupied; // Cut out pieces we've already done
1429
1430       // Add the new entry to the swap list
1431       assert(slIndex < 32);
1432       swapList[slIndex] = -swapList[slIndex - 1] + PieceValueMidgame[capturedType];
1433       slIndex++;
1434
1435       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to
1436       // move before beginning the next iteration.
1437       capturedType = pt;
1438       stm = flip(stm);
1439       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1440
1441       // Stop before processing a king capture
1442       if (capturedType == KING && stmAttackers)
1443       {
1444           assert(slIndex < 32);
1445           swapList[slIndex++] = QueenValueMidgame*10;
1446           break;
1447       }
1448   } while (stmAttackers);
1449
1450   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1451   // achievable score from the point of view of the side to move.
1452   while (--slIndex)
1453       swapList[slIndex-1] = Min(-swapList[slIndex], swapList[slIndex-1]);
1454
1455   return swapList[0];
1456 }
1457
1458
1459 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1460 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1461
1462 void Position::clear() {
1463
1464   st = &startState;
1465   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1466   st->epSquare = SQ_NONE;
1467
1468   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1469   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1470   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1471   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1472
1473   for (int i = 0; i < 8; i++)
1474       for (int j = 0; j < 16; j++)
1475           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1476
1477   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1478   {
1479       board[sq] = PIECE_NONE;
1480       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1481   }
1482   sideToMove = WHITE;
1483   nodes = 0;
1484 }
1485
1486
1487 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1488 /// updating the board array, pieces list, bitboards, and piece counts.
1489
1490 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1491
1492   Color c = color_of(p);
1493   PieceType pt = type_of(p);
1494
1495   board[s] = p;
1496   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
1497   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1498
1499   set_bit(&byTypeBB[pt], s);
1500   set_bit(&byColorBB[c], s);
1501   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1502 }
1503
1504
1505 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1506 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1507 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1508 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1509
1510 Key Position::compute_key() const {
1511
1512   Key result = zobCastle[st->castleRights];
1513
1514   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1515       if (!square_is_empty(s))
1516           result ^= zobrist[color_of(piece_on(s))][type_of(piece_on(s))][s];
1517
1518   if (ep_square() != SQ_NONE)
1519       result ^= zobEp[ep_square()];
1520
1521   if (side_to_move() == BLACK)
1522       result ^= zobSideToMove;
1523
1524   return result;
1525 }
1526
1527
1528 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1529 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1530 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1531 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1532 /// debug mode.
1533
1534 Key Position::compute_pawn_key() const {
1535
1536   Bitboard b;
1537   Key result = 0;
1538
1539   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1540   {
1541       b = pieces(PAWN, c);
1542       while (b)
1543           result ^= zobrist[c][PAWN][pop_1st_bit(&b)];
1544   }
1545   return result;
1546 }
1547
1548
1549 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1550 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1551 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1552 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1553 /// debug mode.
1554
1555 Key Position::compute_material_key() const {
1556
1557   Key result = 0;
1558
1559   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1560       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1561           for (int i = 0; i < piece_count(c, pt); i++)
1562               result ^= zobrist[c][pt][i];
1563
1564   return result;
1565 }
1566
1567
1568 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1569 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1570 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1571 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1572 Score Position::compute_value() const {
1573
1574   Bitboard b;
1575   Score result = SCORE_ZERO;
1576
1577   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1578       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1579       {
1580           b = pieces(pt, c);
1581           while (b)
1582               result += pst(make_piece(c, pt), pop_1st_bit(&b));
1583       }
1584
1585   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1586   return result;
1587 }
1588
1589
1590 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1591 /// game material value for the given side. Material values are updated
1592 /// incrementally during the search, this function is only used while
1593 /// initializing a new Position object.
1594
1595 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1596
1597   Value result = VALUE_ZERO;
1598
1599   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1600       result += piece_count(c, pt) * PieceValueMidgame[pt];
1601
1602   return result;
1603 }
1604
1605
1606 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1607 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1608 /// must be done by the search.
1609 template<bool SkipRepetition>
1610 bool Position::is_draw() const {
1611
1612   // Draw by material?
1613   if (   !pieces(PAWN)
1614       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1615       return true;
1616
1617   // Draw by the 50 moves rule?
1618   if (st->rule50 > 99 && !is_mate())
1619       return true;
1620
1621   // Draw by repetition?
1622   if (!SkipRepetition)
1623   {
1624       int i = 4, e = Min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1625
1626       if (i <= e)
1627       {
1628           StateInfo* stp = st->previous->previous;
1629
1630           do {
1631               stp = stp->previous->previous;
1632
1633               if (stp->key == st->key)
1634                   return true;
1635
1636               i +=2;
1637
1638           } while (i <= e);
1639       }
1640   }
1641
1642   return false;
1643 }
1644
1645 // Explicit template instantiations
1646 template bool Position::is_draw<false>() const;
1647 template bool Position::is_draw<true>() const;
1648
1649
1650 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1651 /// side to move is checkmated.
1652
1653 bool Position::is_mate() const {
1654
1655   return in_check() && !MoveList<MV_LEGAL>(*this).size();
1656 }
1657
1658
1659 /// Position::init() is a static member function which initializes at startup
1660 /// the various arrays used to compute hash keys and the piece square tables.
1661 /// The latter is a two-step operation: First, the white halves of the tables
1662 /// are copied from PSQT[] tables. Second, the black halves of the tables are
1663 /// initialized by flipping and changing the sign of the white scores.
1664
1665 void Position::init() {
1666
1667   RKISS rk;
1668
1669   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1670       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1671           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1672               zobrist[c][pt][s] = rk.rand<Key>();
1673
1674   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1675       zobEp[s] = rk.rand<Key>();
1676
1677   for (int i = 0; i < 16; i++)
1678       zobCastle[i] = rk.rand<Key>();
1679
1680   zobSideToMove = rk.rand<Key>();
1681   zobExclusion  = rk.rand<Key>();
1682
1683   for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1684   {
1685       Score ps = make_score(PieceValueMidgame[p], PieceValueEndgame[p]);
1686
1687       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1688       {
1689           pieceSquareTable[p][s] = ps + PSQT[p][s];
1690           pieceSquareTable[p+8][flip(s)] = -pieceSquareTable[p][s];
1691       }
1692   }
1693 }
1694
1695
1696 /// Position::flip_me() flips position with the white and black sides reversed. This
1697 /// is only useful for debugging especially for finding evaluation symmetry bugs.
1698
1699 void Position::flip_me() {
1700
1701   // Make a copy of current position before to start changing
1702   const Position pos(*this, threadID);
1703
1704   clear();
1705   threadID = pos.thread();
1706
1707   // Board
1708   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1709       if (!pos.square_is_empty(s))
1710           put_piece(Piece(pos.piece_on(s) ^ 8), flip(s));
1711
1712   // Side to move
1713   sideToMove = flip(pos.side_to_move());
1714
1715   // Castling rights
1716   if (pos.can_castle(WHITE_OO))
1717       set_castle(BLACK_OO,  king_square(BLACK), flip(pos.castle_rook_square(WHITE_OO)));
1718   if (pos.can_castle(WHITE_OOO))
1719       set_castle(BLACK_OOO, king_square(BLACK), flip(pos.castle_rook_square(WHITE_OOO)));
1720   if (pos.can_castle(BLACK_OO))
1721       set_castle(WHITE_OO,  king_square(WHITE), flip(pos.castle_rook_square(BLACK_OO)));
1722   if (pos.can_castle(BLACK_OOO))
1723       set_castle(WHITE_OOO, king_square(WHITE), flip(pos.castle_rook_square(BLACK_OOO)));
1724
1725   // En passant square
1726   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1727       st->epSquare = flip(pos.st->epSquare);
1728
1729   // Checkers
1730   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(flip(sideToMove));
1731
1732   // Hash keys
1733   st->key = compute_key();
1734   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1735   st->materialKey = compute_material_key();
1736
1737   // Incremental scores
1738   st->value = compute_value();
1739
1740   // Material
1741   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1742   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1743
1744   assert(pos_is_ok());
1745 }
1746
1747
1748 /// Position::pos_is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1749 /// This is meant to be helpful when debugging.
1750
1751 bool Position::pos_is_ok(int* failedStep) const {
1752
1753   // What features of the position should be verified?
1754   const bool debugAll = false;
1755
1756   const bool debugBitboards       = debugAll || false;
1757   const bool debugKingCount       = debugAll || false;
1758   const bool debugKingCapture     = debugAll || false;
1759   const bool debugCheckerCount    = debugAll || false;
1760   const bool debugKey             = debugAll || false;
1761   const bool debugMaterialKey     = debugAll || false;
1762   const bool debugPawnKey         = debugAll || false;
1763   const bool debugIncrementalEval = debugAll || false;
1764   const bool debugNonPawnMaterial = debugAll || false;
1765   const bool debugPieceCounts     = debugAll || false;
1766   const bool debugPieceList       = debugAll || false;
1767   const bool debugCastleSquares   = debugAll || false;
1768
1769   if (failedStep) *failedStep = 1;
1770
1771   // Side to move OK?
1772   if (side_to_move() != WHITE && side_to_move() != BLACK)
1773       return false;
1774
1775   // Are the king squares in the position correct?
1776   if (failedStep) (*failedStep)++;
1777   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1778       return false;
1779
1780   if (failedStep) (*failedStep)++;
1781   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1782       return false;
1783
1784   // Do both sides have exactly one king?
1785   if (failedStep) (*failedStep)++;
1786   if (debugKingCount)
1787   {
1788       int kingCount[2] = {0, 0};
1789       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1790           if (type_of(piece_on(s)) == KING)
1791               kingCount[color_of(piece_on(s))]++;
1792
1793       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1794           return false;
1795   }
1796
1797   // Can the side to move capture the opponent's king?
1798   if (failedStep) (*failedStep)++;
1799   if (debugKingCapture)
1800   {
1801       Color us = side_to_move();
1802       Color them = flip(us);
1803       Square ksq = king_square(them);
1804       if (attackers_to(ksq) & pieces(us))
1805           return false;
1806   }
1807
1808   // Is there more than 2 checkers?
1809   if (failedStep) (*failedStep)++;
1810   if (debugCheckerCount && count_1s<CNT32>(st->checkersBB) > 2)
1811       return false;
1812
1813   // Bitboards OK?
1814   if (failedStep) (*failedStep)++;
1815   if (debugBitboards)
1816   {
1817       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1818       if ((pieces(WHITE) & pieces(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1819           return false;
1820
1821       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1822       // occupied squares
1823       if ((pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != occupied_squares())
1824           return false;
1825
1826       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1827       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1828           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1829               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1830                   return false;
1831   }
1832
1833   // En passant square OK?
1834   if (failedStep) (*failedStep)++;
1835   if (ep_square() != SQ_NONE)
1836   {
1837       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1838       // side to move.
1839       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1840           return false;
1841   }
1842
1843   // Hash key OK?
1844   if (failedStep) (*failedStep)++;
1845   if (debugKey && st->key != compute_key())
1846       return false;
1847
1848   // Pawn hash key OK?
1849   if (failedStep) (*failedStep)++;
1850   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1851       return false;
1852
1853   // Material hash key OK?
1854   if (failedStep) (*failedStep)++;
1855   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1856       return false;
1857
1858   // Incremental eval OK?
1859   if (failedStep) (*failedStep)++;
1860   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1861       return false;
1862
1863   // Non-pawn material OK?
1864   if (failedStep) (*failedStep)++;
1865   if (debugNonPawnMaterial)
1866   {
1867       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1868           return false;
1869
1870       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1871           return false;
1872   }
1873
1874   // Piece counts OK?
1875   if (failedStep) (*failedStep)++;
1876   if (debugPieceCounts)
1877       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1878           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1879               if (pieceCount[c][pt] != count_1s<CNT32>(pieces(pt, c)))
1880                   return false;
1881
1882   if (failedStep) (*failedStep)++;
1883   if (debugPieceList)
1884       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1885           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1886               for (int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1887               {
1888                   if (piece_on(piece_list(c, pt)[i]) != make_piece(c, pt))
1889                       return false;
1890
1891                   if (index[piece_list(c, pt)[i]] != i)
1892                       return false;
1893               }
1894
1895   if (failedStep) (*failedStep)++;
1896   if (debugCastleSquares)
1897       for (CastleRight f = WHITE_OO; f <= BLACK_OOO; f = CastleRight(f << 1))
1898       {
1899           if (!can_castle(f))
1900               continue;
1901
1902           Piece rook = (f & (WHITE_OO | WHITE_OOO) ? WR : BR);
1903
1904           if (   castleRightsMask[castleRookSquare[f]] != (ALL_CASTLES ^ f)
1905               || piece_on(castleRookSquare[f]) != rook)
1906               return false;
1907       }
1908
1909   if (failedStep) *failedStep = 0;
1910   return true;
1911 }