]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/position.cpp
Makefile: support lto on mingw, default to 64bits
[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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstddef> // For offsetof()
24 #include <cstring> // For std::memset, std::memcmp
25 #include <iomanip>
26 #include <sstream>
27
28 #include "bitboard.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "position.h"
32 #include "thread.h"
33 #include "tt.h"
34 #include "uci.h"
35 #include "syzygy/tbprobe.h"
36
37 using std::string;
38
39 namespace Zobrist {
40
41   Key psq[PIECE_NB][SQUARE_NB];
42   Key enpassant[FILE_NB];
43   Key castling[CASTLING_RIGHT_NB];
44   Key side, noPawns;
45 }
46
47 namespace {
48
49 const string PieceToChar(" PNBRQK  pnbrqk");
50
51 constexpr Piece Pieces[] = { W_PAWN, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
52                              B_PAWN, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING };
53 } // namespace
54
55
56 /// operator<<(Position) returns an ASCII representation of the position
57
58 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos) {
59
60   os << "\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
61
62   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
63   {
64       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
65           os << " | " << PieceToChar[pos.piece_on(make_square(f, r))];
66
67       os << " | " << (1 + r) << "\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
68   }
69
70   os << "   a   b   c   d   e   f   g   h\n"
71      << "\nFen: " << pos.fen() << "\nKey: " << std::hex << std::uppercase
72      << std::setfill('0') << std::setw(16) << pos.key()
73      << std::setfill(' ') << std::dec << "\nCheckers: ";
74
75   for (Bitboard b = pos.checkers(); b; )
76       os << UCI::square(pop_lsb(&b)) << " ";
77
78   if (    int(Tablebases::MaxCardinality) >= popcount(pos.pieces())
79       && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
80   {
81       StateInfo st;
82       Position p;
83       p.set(pos.fen(), pos.is_chess960(), &st, pos.this_thread());
84       Tablebases::ProbeState s1, s2;
85       Tablebases::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(p, &s1);
86       int dtz = Tablebases::probe_dtz(p, &s2);
87       os << "\nTablebases WDL: " << std::setw(4) << wdl << " (" << s1 << ")"
88          << "\nTablebases DTZ: " << std::setw(4) << dtz << " (" << s2 << ")";
89   }
90
91   return os;
92 }
93
94
95 // Marcel van Kervinck's cuckoo algorithm for fast detection of "upcoming repetition"
96 // situations. Description of the algorithm in the following paper:
97 // https://marcelk.net/2013-04-06/paper/upcoming-rep-v2.pdf
98
99 // First and second hash functions for indexing the cuckoo tables
100 inline int H1(Key h) { return h & 0x1fff; }
101 inline int H2(Key h) { return (h >> 16) & 0x1fff; }
102
103 // Cuckoo tables with Zobrist hashes of valid reversible moves, and the moves themselves
104 Key cuckoo[8192];
105 Move cuckooMove[8192];
106
107
108 /// Position::init() initializes at startup the various arrays used to compute
109 /// hash keys.
110
111 void Position::init() {
112
113   PRNG rng(1070372);
114
115   for (Piece pc : Pieces)
116       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
117           Zobrist::psq[pc][s] = rng.rand<Key>();
118
119   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
120       Zobrist::enpassant[f] = rng.rand<Key>();
121
122   for (int cr = NO_CASTLING; cr <= ANY_CASTLING; ++cr)
123   {
124       Zobrist::castling[cr] = 0;
125       Bitboard b = cr;
126       while (b)
127       {
128           Key k = Zobrist::castling[1ULL << pop_lsb(&b)];
129           Zobrist::castling[cr] ^= k ? k : rng.rand<Key>();
130       }
131   }
132
133   Zobrist::side = rng.rand<Key>();
134   Zobrist::noPawns = rng.rand<Key>();
135
136   // Prepare the cuckoo tables
137   std::memset(cuckoo, 0, sizeof(cuckoo));
138   std::memset(cuckooMove, 0, sizeof(cuckooMove));
139   int count = 0;
140   for (Piece pc : Pieces)
141       for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
142           for (Square s2 = Square(s1 + 1); s2 <= SQ_H8; ++s2)
143               if ((type_of(pc) != PAWN) && (attacks_bb(type_of(pc), s1, 0) & s2))
144               {
145                   Move move = make_move(s1, s2);
146                   Key key = Zobrist::psq[pc][s1] ^ Zobrist::psq[pc][s2] ^ Zobrist::side;
147                   int i = H1(key);
148                   while (true)
149                   {
150                       std::swap(cuckoo[i], key);
151                       std::swap(cuckooMove[i], move);
152                       if (move == MOVE_NONE) // Arrived at empty slot?
153                           break;
154                       i = (i == H1(key)) ? H2(key) : H1(key); // Push victim to alternative slot
155                   }
156                   count++;
157              }
158   assert(count == 3668);
159 }
160
161
162 /// Position::set() initializes the position object with the given FEN string.
163 /// This function is not very robust - make sure that input FENs are correct,
164 /// this is assumed to be the responsibility of the GUI.
165
166 Position& Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Thread* th) {
167 /*
168    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
169
170    A FEN string contains six fields separated by a space. The fields are:
171
172    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting
173       with rank 8 and ending with rank 1. Within each rank, the contents of each
174       square are described from file A through file H. Following the Standard
175       Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
176       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case
177       letters ("PNBRQK") whilst Black uses lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are
178       noted using digits 1 through 8 (the number of blank squares), and "/"
179       separates ranks.
180
181    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
182
183    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise,
184       this has one or more letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White
185       can castle queenside), "k" (Black can castle kingside), and/or "q" (Black
186       can castle queenside).
187
188    4) En passant target square (in algebraic notation). If there's no en passant
189       target square, this is "-". If a pawn has just made a 2-square move, this
190       is the position "behind" the pawn. This is recorded only if there is a pawn
191       in position to make an en passant capture, and if there really is a pawn
192       that might have advanced two squares.
193
194    5) Halfmove clock. This is the number of halfmoves since the last pawn advance
195       or capture. This is used to determine if a draw can be claimed under the
196       fifty-move rule.
197
198    6) Fullmove number. The number of the full move. It starts at 1, and is
199       incremented after Black's move.
200 */
201
202   unsigned char col, row, token;
203   size_t idx;
204   Square sq = SQ_A8;
205   std::istringstream ss(fenStr);
206
207   std::memset(this, 0, sizeof(Position));
208   std::memset(si, 0, sizeof(StateInfo));
209   std::fill_n(&pieceList[0][0], sizeof(pieceList) / sizeof(Square), SQ_NONE);
210   st = si;
211
212   ss >> std::noskipws;
213
214   // 1. Piece placement
215   while ((ss >> token) && !isspace(token))
216   {
217       if (isdigit(token))
218           sq += (token - '0') * EAST; // Advance the given number of files
219
220       else if (token == '/')
221           sq += 2 * SOUTH;
222
223       else if ((idx = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
224       {
225           put_piece(Piece(idx), sq);
226           ++sq;
227       }
228   }
229
230   // 2. Active color
231   ss >> token;
232   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
233   ss >> token;
234
235   // 3. Castling availability. Compatible with 3 standards: Normal FEN standard,
236   // Shredder-FEN that uses the letters of the columns on which the rooks began
237   // the game instead of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960,
238   // if an inner rook is associated with the castling right, the castling tag is
239   // replaced by the file letter of the involved rook, as for the Shredder-FEN.
240   while ((ss >> token) && !isspace(token))
241   {
242       Square rsq;
243       Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
244       Piece rook = make_piece(c, ROOK);
245
246       token = char(toupper(token));
247
248       if (token == 'K')
249           for (rsq = relative_square(c, SQ_H1); piece_on(rsq) != rook; --rsq) {}
250
251       else if (token == 'Q')
252           for (rsq = relative_square(c, SQ_A1); piece_on(rsq) != rook; ++rsq) {}
253
254       else if (token >= 'A' && token <= 'H')
255           rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
256
257       else
258           continue;
259
260       set_castling_right(c, rsq);
261   }
262
263   // 4. En passant square. Ignore if no pawn capture is possible
264   if (   ((ss >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
265       && ((ss >> row) && (row == '3' || row == '6')))
266   {
267       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
268
269       if (   !(attackers_to(st->epSquare) & pieces(sideToMove, PAWN))
270           || !(pieces(~sideToMove, PAWN) & (st->epSquare + pawn_push(~sideToMove))))
271           st->epSquare = SQ_NONE;
272   }
273   else
274       st->epSquare = SQ_NONE;
275
276   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
277   ss >> std::skipws >> st->rule50 >> gamePly;
278
279   // Convert from fullmove starting from 1 to gamePly starting from 0,
280   // handle also common incorrect FEN with fullmove = 0.
281   gamePly = std::max(2 * (gamePly - 1), 0) + (sideToMove == BLACK);
282
283   chess960 = isChess960;
284   thisThread = th;
285   set_state(st);
286
287   assert(pos_is_ok());
288
289   return *this;
290 }
291
292
293 /// Position::set_castling_right() is a helper function used to set castling
294 /// rights given the corresponding color and the rook starting square.
295
296 void Position::set_castling_right(Color c, Square rfrom) {
297
298   Square kfrom = square<KING>(c);
299   CastlingRights cr = c & (kfrom < rfrom ? KING_SIDE: QUEEN_SIDE);
300
301   st->castlingRights |= cr;
302   castlingRightsMask[kfrom] |= cr;
303   castlingRightsMask[rfrom] |= cr;
304   castlingRookSquare[cr] = rfrom;
305
306   Square kto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
307   Square rto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
308
309   castlingPath[cr] =   (between_bb(rfrom, rto) | between_bb(kfrom, kto) | rto | kto)
310                     & ~(kfrom | rfrom);
311 }
312
313
314 /// Position::set_check_info() sets king attacks to detect if a move gives check
315
316 void Position::set_check_info(StateInfo* si) const {
317
318   si->blockersForKing[WHITE] = slider_blockers(pieces(BLACK), square<KING>(WHITE), si->pinners[BLACK]);
319   si->blockersForKing[BLACK] = slider_blockers(pieces(WHITE), square<KING>(BLACK), si->pinners[WHITE]);
320
321   Square ksq = square<KING>(~sideToMove);
322
323   si->checkSquares[PAWN]   = pawn_attacks_bb(~sideToMove, ksq);
324   si->checkSquares[KNIGHT] = attacks_bb<KNIGHT>(ksq);
325   si->checkSquares[BISHOP] = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pieces());
326   si->checkSquares[ROOK]   = attacks_bb<ROOK>(ksq, pieces());
327   si->checkSquares[QUEEN]  = si->checkSquares[BISHOP] | si->checkSquares[ROOK];
328   si->checkSquares[KING]   = 0;
329 }
330
331
332 /// Position::set_state() computes the hash keys of the position, and other
333 /// data that once computed is updated incrementally as moves are made.
334 /// The function is only used when a new position is set up, and to verify
335 /// the correctness of the StateInfo data when running in debug mode.
336
337 void Position::set_state(StateInfo* si) const {
338
339   si->key = si->materialKey = 0;
340   si->pawnKey = Zobrist::noPawns;
341   si->nonPawnMaterial[WHITE] = si->nonPawnMaterial[BLACK] = VALUE_ZERO;
342   si->checkersBB = attackers_to(square<KING>(sideToMove)) & pieces(~sideToMove);
343
344   set_check_info(si);
345
346   for (Bitboard b = pieces(); b; )
347   {
348       Square s = pop_lsb(&b);
349       Piece pc = piece_on(s);
350       si->key ^= Zobrist::psq[pc][s];
351
352       if (type_of(pc) == PAWN)
353           si->pawnKey ^= Zobrist::psq[pc][s];
354
355       else if (type_of(pc) != KING)
356           si->nonPawnMaterial[color_of(pc)] += PieceValue[MG][pc];
357   }
358
359   if (si->epSquare != SQ_NONE)
360       si->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(si->epSquare)];
361
362   if (sideToMove == BLACK)
363       si->key ^= Zobrist::side;
364
365   si->key ^= Zobrist::castling[si->castlingRights];
366
367   for (Piece pc : Pieces)
368       for (int cnt = 0; cnt < pieceCount[pc]; ++cnt)
369           si->materialKey ^= Zobrist::psq[pc][cnt];
370 }
371
372
373 /// Position::set() is an overload to initialize the position object with
374 /// the given endgame code string like "KBPKN". It is mainly a helper to
375 /// get the material key out of an endgame code.
376
377 Position& Position::set(const string& code, Color c, StateInfo* si) {
378
379   assert(code[0] == 'K');
380
381   string sides[] = { code.substr(code.find('K', 1)),      // Weak
382                      code.substr(0, std::min(code.find('v'), code.find('K', 1))) }; // Strong
383
384   assert(sides[0].length() > 0 && sides[0].length() < 8);
385   assert(sides[1].length() > 0 && sides[1].length() < 8);
386
387   std::transform(sides[c].begin(), sides[c].end(), sides[c].begin(), tolower);
388
389   string fenStr = "8/" + sides[0] + char(8 - sides[0].length() + '0') + "/8/8/8/8/"
390                        + sides[1] + char(8 - sides[1].length() + '0') + "/8 w - - 0 10";
391
392   return set(fenStr, false, si, nullptr);
393 }
394
395
396 /// Position::fen() returns a FEN representation of the position. In case of
397 /// Chess960 the Shredder-FEN notation is used. This is mainly a debugging function.
398
399 const string Position::fen() const {
400
401   int emptyCnt;
402   std::ostringstream ss;
403
404   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
405   {
406       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
407       {
408           for (emptyCnt = 0; f <= FILE_H && empty(make_square(f, r)); ++f)
409               ++emptyCnt;
410
411           if (emptyCnt)
412               ss << emptyCnt;
413
414           if (f <= FILE_H)
415               ss << PieceToChar[piece_on(make_square(f, r))];
416       }
417
418       if (r > RANK_1)
419           ss << '/';
420   }
421
422   ss << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
423
424   if (can_castle(WHITE_OO))
425       ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OO ))) : 'K');
426
427   if (can_castle(WHITE_OOO))
428       ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OOO))) : 'Q');
429
430   if (can_castle(BLACK_OO))
431       ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OO ))) : 'k');
432
433   if (can_castle(BLACK_OOO))
434       ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
435
436   if (!can_castle(ANY_CASTLING))
437       ss << '-';
438
439   ss << (ep_square() == SQ_NONE ? " - " : " " + UCI::square(ep_square()) + " ")
440      << st->rule50 << " " << 1 + (gamePly - (sideToMove == BLACK)) / 2;
441
442   return ss.str();
443 }
444
445
446 /// Position::slider_blockers() returns a bitboard of all the pieces (both colors)
447 /// that are blocking attacks on the square 's' from 'sliders'. A piece blocks a
448 /// slider if removing that piece from the board would result in a position where
449 /// square 's' is attacked. For example, a king-attack blocking piece can be either
450 /// a pinned or a discovered check piece, according if its color is the opposite
451 /// or the same of the color of the slider.
452
453 Bitboard Position::slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const {
454
455   Bitboard blockers = 0;
456   pinners = 0;
457
458   // Snipers are sliders that attack 's' when a piece and other snipers are removed
459   Bitboard snipers = (  (attacks_bb<  ROOK>(s) & pieces(QUEEN, ROOK))
460                       | (attacks_bb<BISHOP>(s) & pieces(QUEEN, BISHOP))) & sliders;
461   Bitboard occupancy = pieces() ^ snipers;
462
463   while (snipers)
464   {
465     Square sniperSq = pop_lsb(&snipers);
466     Bitboard b = between_bb(s, sniperSq) & occupancy;
467
468     if (b && !more_than_one(b))
469     {
470         blockers |= b;
471         if (b & pieces(color_of(piece_on(s))))
472             pinners |= sniperSq;
473     }
474   }
475   return blockers;
476 }
477
478
479 /// Position::attackers_to() computes a bitboard of all pieces which attack a
480 /// given square. Slider attacks use the occupied bitboard to indicate occupancy.
481
482 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const {
483
484   return  (pawn_attacks_bb(BLACK, s)       & pieces(WHITE, PAWN))
485         | (pawn_attacks_bb(WHITE, s)       & pieces(BLACK, PAWN))
486         | (attacks_bb<KNIGHT>(s)           & pieces(KNIGHT))
487         | (attacks_bb<  ROOK>(s, occupied) & pieces(  ROOK, QUEEN))
488         | (attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN))
489         | (attacks_bb<KING>(s)             & pieces(KING));
490 }
491
492
493 /// Position::legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
494
495 bool Position::legal(Move m) const {
496
497   assert(is_ok(m));
498
499   Color us = sideToMove;
500   Square from = from_sq(m);
501   Square to = to_sq(m);
502
503   assert(color_of(moved_piece(m)) == us);
504   assert(piece_on(square<KING>(us)) == make_piece(us, KING));
505
506   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
507   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
508   // the move is made.
509   if (type_of(m) == ENPASSANT)
510   {
511       Square ksq = square<KING>(us);
512       Square capsq = to - pawn_push(us);
513       Bitboard occupied = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
514
515       assert(to == ep_square());
516       assert(moved_piece(m) == make_piece(us, PAWN));
517       assert(piece_on(capsq) == make_piece(~us, PAWN));
518       assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
519
520       return   !(attacks_bb<  ROOK>(ksq, occupied) & pieces(~us, QUEEN, ROOK))
521             && !(attacks_bb<BISHOP>(ksq, occupied) & pieces(~us, QUEEN, BISHOP));
522   }
523
524   // Castling moves generation does not check if the castling path is clear of
525   // enemy attacks, it is delayed at a later time: now!
526   if (type_of(m) == CASTLING)
527   {
528       // After castling, the rook and king final positions are the same in
529       // Chess960 as they would be in standard chess.
530       to = relative_square(us, to > from ? SQ_G1 : SQ_C1);
531       Direction step = to > from ? WEST : EAST;
532
533       for (Square s = to; s != from; s += step)
534           if (attackers_to(s) & pieces(~us))
535               return false;
536
537       // In case of Chess960, verify that when moving the castling rook we do
538       // not discover some hidden checker.
539       // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
540       return   !chess960
541             || !(attacks_bb<ROOK>(to, pieces() ^ to_sq(m)) & pieces(~us, ROOK, QUEEN));
542   }
543
544   // If the moving piece is a king, check whether the destination square is
545   // attacked by the opponent.
546   if (type_of(piece_on(from)) == KING)
547       return !(attackers_to(to) & pieces(~us));
548
549   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
550   // is moving along the ray towards or away from the king.
551   return   !(blockers_for_king(us) & from)
552         ||  aligned(from, to, square<KING>(us));
553 }
554
555
556 /// Position::pseudo_legal() takes a random move and tests whether the move is
557 /// pseudo legal. It is used to validate moves from TT that can be corrupted
558 /// due to SMP concurrent access or hash position key aliasing.
559
560 bool Position::pseudo_legal(const Move m) const {
561
562   Color us = sideToMove;
563   Square from = from_sq(m);
564   Square to = to_sq(m);
565   Piece pc = moved_piece(m);
566
567   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
568   if (type_of(m) != NORMAL)
569       return MoveList<LEGAL>(*this).contains(m);
570
571   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
572   if (promotion_type(m) - KNIGHT != NO_PIECE_TYPE)
573       return false;
574
575   // If the 'from' square is not occupied by a piece belonging to the side to
576   // move, the move is obviously not legal.
577   if (pc == NO_PIECE || color_of(pc) != us)
578       return false;
579
580   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
581   if (pieces(us) & to)
582       return false;
583
584   // Handle the special case of a pawn move
585   if (type_of(pc) == PAWN)
586   {
587       // We have already handled promotion moves, so destination
588       // cannot be on the 8th/1st rank.
589       if ((Rank8BB | Rank1BB) & to)
590           return false;
591
592       if (   !(pawn_attacks_bb(us, from) & pieces(~us) & to) // Not a capture
593           && !((from + pawn_push(us) == to) && empty(to))       // Not a single push
594           && !(   (from + 2 * pawn_push(us) == to)              // Not a double push
595                && (relative_rank(us, from) == RANK_2)
596                && empty(to)
597                && empty(to - pawn_push(us))))
598           return false;
599   }
600   else if (!(attacks_bb(type_of(pc), from, pieces()) & to))
601       return false;
602
603   // Evasions generator already takes care to avoid some kind of illegal moves
604   // and legal() relies on this. We therefore have to take care that the same
605   // kind of moves are filtered out here.
606   if (checkers())
607   {
608       if (type_of(pc) != KING)
609       {
610           // Double check? In this case a king move is required
611           if (more_than_one(checkers()))
612               return false;
613
614           // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
615           if (!((between_bb(lsb(checkers()), square<KING>(us)) | checkers()) & to))
616               return false;
617       }
618       // In case of king moves under check we have to remove king so as to catch
619       // invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
620       else if (attackers_to(to, pieces() ^ from) & pieces(~us))
621           return false;
622   }
623
624   return true;
625 }
626
627
628 /// Position::gives_check() tests whether a pseudo-legal move gives a check
629
630 bool Position::gives_check(Move m) const {
631
632   assert(is_ok(m));
633   assert(color_of(moved_piece(m)) == sideToMove);
634
635   Square from = from_sq(m);
636   Square to = to_sq(m);
637
638   // Is there a direct check?
639   if (check_squares(type_of(piece_on(from))) & to)
640       return true;
641
642   // Is there a discovered check?
643   if (   (blockers_for_king(~sideToMove) & from)
644       && !aligned(from, to, square<KING>(~sideToMove)))
645       return true;
646
647   switch (type_of(m))
648   {
649   case NORMAL:
650       return false;
651
652   case PROMOTION:
653       return attacks_bb(promotion_type(m), to, pieces() ^ from) & square<KING>(~sideToMove);
654
655   // En passant capture with check? We have already handled the case
656   // of direct checks and ordinary discovered check, so the only case we
657   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
658   // the captured pawn.
659   case ENPASSANT:
660   {
661       Square capsq = make_square(file_of(to), rank_of(from));
662       Bitboard b = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
663
664       return  (attacks_bb<  ROOK>(square<KING>(~sideToMove), b) & pieces(sideToMove, QUEEN, ROOK))
665             | (attacks_bb<BISHOP>(square<KING>(~sideToMove), b) & pieces(sideToMove, QUEEN, BISHOP));
666   }
667   case CASTLING:
668   {
669       Square kfrom = from;
670       Square rfrom = to; // Castling is encoded as 'king captures the rook'
671       Square kto = relative_square(sideToMove, rfrom > kfrom ? SQ_G1 : SQ_C1);
672       Square rto = relative_square(sideToMove, rfrom > kfrom ? SQ_F1 : SQ_D1);
673
674       return   (attacks_bb<ROOK>(rto) & square<KING>(~sideToMove))
675             && (attacks_bb<ROOK>(rto, (pieces() ^ kfrom ^ rfrom) | rto | kto) & square<KING>(~sideToMove));
676   }
677   default:
678       assert(false);
679       return false;
680   }
681 }
682
683
684 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
685 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
686 /// moves should be filtered out before this function is called.
687
688 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
689
690   assert(is_ok(m));
691   assert(&newSt != st);
692
693   thisThread->nodes.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
694   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
695
696   // Copy some fields of the old state to our new StateInfo object except the
697   // ones which are going to be recalculated from scratch anyway and then switch
698   // our state pointer to point to the new (ready to be updated) state.
699   std::memcpy(&newSt, st, offsetof(StateInfo, key));
700   newSt.previous = st;
701   st = &newSt;
702
703   // Increment ply counters. In particular, rule50 will be reset to zero later on
704   // in case of a capture or a pawn move.
705   ++gamePly;
706   ++st->rule50;
707   ++st->pliesFromNull;
708
709   Color us = sideToMove;
710   Color them = ~us;
711   Square from = from_sq(m);
712   Square to = to_sq(m);
713   Piece pc = piece_on(from);
714   Piece captured = type_of(m) == ENPASSANT ? make_piece(them, PAWN) : piece_on(to);
715
716   assert(color_of(pc) == us);
717   assert(captured == NO_PIECE || color_of(captured) == (type_of(m) != CASTLING ? them : us));
718   assert(type_of(captured) != KING);
719
720   if (type_of(m) == CASTLING)
721   {
722       assert(pc == make_piece(us, KING));
723       assert(captured == make_piece(us, ROOK));
724
725       Square rfrom, rto;
726       do_castling<true>(us, from, to, rfrom, rto);
727
728       k ^= Zobrist::psq[captured][rfrom] ^ Zobrist::psq[captured][rto];
729       captured = NO_PIECE;
730   }
731
732   if (captured)
733   {
734       Square capsq = to;
735
736       // If the captured piece is a pawn, update pawn hash key, otherwise
737       // update non-pawn material.
738       if (type_of(captured) == PAWN)
739       {
740           if (type_of(m) == ENPASSANT)
741           {
742               capsq -= pawn_push(us);
743
744               assert(pc == make_piece(us, PAWN));
745               assert(to == st->epSquare);
746               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
747               assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
748               assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
749           }
750
751           st->pawnKey ^= Zobrist::psq[captured][capsq];
752       }
753       else
754           st->nonPawnMaterial[them] -= PieceValue[MG][captured];
755
756       // Update board and piece lists
757       remove_piece(capsq);
758
759       if (type_of(m) == ENPASSANT)
760           board[capsq] = NO_PIECE;
761
762       // Update material hash key and prefetch access to materialTable
763       k ^= Zobrist::psq[captured][capsq];
764       st->materialKey ^= Zobrist::psq[captured][pieceCount[captured]];
765       prefetch(thisThread->materialTable[st->materialKey]);
766
767       // Reset rule 50 counter
768       st->rule50 = 0;
769   }
770
771   // Update hash key
772   k ^= Zobrist::psq[pc][from] ^ Zobrist::psq[pc][to];
773
774   // Reset en passant square
775   if (st->epSquare != SQ_NONE)
776   {
777       k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
778       st->epSquare = SQ_NONE;
779   }
780
781   // Update castling rights if needed
782   if (st->castlingRights && (castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to]))
783   {
784       int cr = castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to];
785       k ^= Zobrist::castling[st->castlingRights & cr];
786       st->castlingRights &= ~cr;
787   }
788
789   // Move the piece. The tricky Chess960 castling is handled earlier
790   if (type_of(m) != CASTLING)
791       move_piece(from, to);
792
793   // If the moving piece is a pawn do some special extra work
794   if (type_of(pc) == PAWN)
795   {
796       // Set en-passant square if the moved pawn can be captured
797       if (   (int(to) ^ int(from)) == 16
798           && (pawn_attacks_bb(us, to - pawn_push(us)) & pieces(them, PAWN)))
799       {
800           st->epSquare = to - pawn_push(us);
801           k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
802       }
803
804       else if (type_of(m) == PROMOTION)
805       {
806           Piece promotion = make_piece(us, promotion_type(m));
807
808           assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
809           assert(type_of(promotion) >= KNIGHT && type_of(promotion) <= QUEEN);
810
811           remove_piece(to);
812           put_piece(promotion, to);
813
814           // Update hash keys
815           k ^= Zobrist::psq[pc][to] ^ Zobrist::psq[promotion][to];
816           st->pawnKey ^= Zobrist::psq[pc][to];
817           st->materialKey ^=  Zobrist::psq[promotion][pieceCount[promotion]-1]
818                             ^ Zobrist::psq[pc][pieceCount[pc]];
819
820           // Update material
821           st->nonPawnMaterial[us] += PieceValue[MG][promotion];
822       }
823
824       // Update pawn hash key
825       st->pawnKey ^= Zobrist::psq[pc][from] ^ Zobrist::psq[pc][to];
826
827       // Reset rule 50 draw counter
828       st->rule50 = 0;
829   }
830
831   // Set capture piece
832   st->capturedPiece = captured;
833
834   // Update the key with the final value
835   st->key = k;
836
837   // Calculate checkers bitboard (if move gives check)
838   st->checkersBB = givesCheck ? attackers_to(square<KING>(them)) & pieces(us) : 0;
839
840   sideToMove = ~sideToMove;
841
842   // Update king attacks used for fast check detection
843   set_check_info(st);
844
845   // Calculate the repetition info. It is the ply distance from the previous
846   // occurrence of the same position, negative in the 3-fold case, or zero
847   // if the position was not repeated.
848   st->repetition = 0;
849   int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
850   if (end >= 4)
851   {
852       StateInfo* stp = st->previous->previous;
853       for (int i = 4; i <= end; i += 2)
854       {
855           stp = stp->previous->previous;
856           if (stp->key == st->key)
857           {
858               st->repetition = stp->repetition ? -i : i;
859               break;
860           }
861       }
862   }
863
864   assert(pos_is_ok());
865 }
866
867
868 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
869 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
870
871 void Position::undo_move(Move m) {
872
873   assert(is_ok(m));
874
875   sideToMove = ~sideToMove;
876
877   Color us = sideToMove;
878   Square from = from_sq(m);
879   Square to = to_sq(m);
880   Piece pc = piece_on(to);
881
882   assert(empty(from) || type_of(m) == CASTLING);
883   assert(type_of(st->capturedPiece) != KING);
884
885   if (type_of(m) == PROMOTION)
886   {
887       assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
888       assert(type_of(pc) == promotion_type(m));
889       assert(type_of(pc) >= KNIGHT && type_of(pc) <= QUEEN);
890
891       remove_piece(to);
892       pc = make_piece(us, PAWN);
893       put_piece(pc, to);
894   }
895
896   if (type_of(m) == CASTLING)
897   {
898       Square rfrom, rto;
899       do_castling<false>(us, from, to, rfrom, rto);
900   }
901   else
902   {
903       move_piece(to, from); // Put the piece back at the source square
904
905       if (st->capturedPiece)
906       {
907           Square capsq = to;
908
909           if (type_of(m) == ENPASSANT)
910           {
911               capsq -= pawn_push(us);
912
913               assert(type_of(pc) == PAWN);
914               assert(to == st->previous->epSquare);
915               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
916               assert(piece_on(capsq) == NO_PIECE);
917               assert(st->capturedPiece == make_piece(~us, PAWN));
918           }
919
920           put_piece(st->capturedPiece, capsq); // Restore the captured piece
921       }
922   }
923
924   // Finally point our state pointer back to the previous state
925   st = st->previous;
926   --gamePly;
927
928   assert(pos_is_ok());
929 }
930
931
932 /// Position::do_castling() is a helper used to do/undo a castling move. This
933 /// is a bit tricky in Chess960 where from/to squares can overlap.
934 template<bool Do>
935 void Position::do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto) {
936
937   bool kingSide = to > from;
938   rfrom = to; // Castling is encoded as "king captures friendly rook"
939   rto = relative_square(us, kingSide ? SQ_F1 : SQ_D1);
940   to = relative_square(us, kingSide ? SQ_G1 : SQ_C1);
941
942   // Remove both pieces first since squares could overlap in Chess960
943   remove_piece(Do ? from : to);
944   remove_piece(Do ? rfrom : rto);
945   board[Do ? from : to] = board[Do ? rfrom : rto] = NO_PIECE; // Since remove_piece doesn't do this for us
946   put_piece(make_piece(us, KING), Do ? to : from);
947   put_piece(make_piece(us, ROOK), Do ? rto : rfrom);
948 }
949
950
951 /// Position::do(undo)_null_move() is used to do(undo) a "null move": it flips
952 /// the side to move without executing any move on the board.
953
954 void Position::do_null_move(StateInfo& newSt) {
955
956   assert(!checkers());
957   assert(&newSt != st);
958
959   std::memcpy(&newSt, st, sizeof(StateInfo));
960   newSt.previous = st;
961   st = &newSt;
962
963   if (st->epSquare != SQ_NONE)
964   {
965       st->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
966       st->epSquare = SQ_NONE;
967   }
968
969   st->key ^= Zobrist::side;
970   prefetch(TT.first_entry(st->key));
971
972   ++st->rule50;
973   st->pliesFromNull = 0;
974
975   sideToMove = ~sideToMove;
976
977   set_check_info(st);
978
979   st->repetition = 0;
980
981   assert(pos_is_ok());
982 }
983
984 void Position::undo_null_move() {
985
986   assert(!checkers());
987
988   st = st->previous;
989   sideToMove = ~sideToMove;
990 }
991
992
993 /// Position::key_after() computes the new hash key after the given move. Needed
994 /// for speculative prefetch. It doesn't recognize special moves like castling,
995 /// en-passant and promotions.
996
997 Key Position::key_after(Move m) const {
998
999   Square from = from_sq(m);
1000   Square to = to_sq(m);
1001   Piece pc = piece_on(from);
1002   Piece captured = piece_on(to);
1003   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
1004
1005   if (captured)
1006       k ^= Zobrist::psq[captured][to];
1007
1008   return k ^ Zobrist::psq[pc][to] ^ Zobrist::psq[pc][from];
1009 }
1010
1011
1012 /// Position::see_ge (Static Exchange Evaluation Greater or Equal) tests if the
1013 /// SEE value of move is greater or equal to the given threshold. We'll use an
1014 /// algorithm similar to alpha-beta pruning with a null window.
1015
1016 bool Position::see_ge(Move m, Value threshold) const {
1017
1018   assert(is_ok(m));
1019
1020   // Only deal with normal moves, assume others pass a simple see
1021   if (type_of(m) != NORMAL)
1022       return VALUE_ZERO >= threshold;
1023
1024   Square from = from_sq(m), to = to_sq(m);
1025
1026   int swap = PieceValue[MG][piece_on(to)] - threshold;
1027   if (swap < 0)
1028       return false;
1029
1030   swap = PieceValue[MG][piece_on(from)] - swap;
1031   if (swap <= 0)
1032       return true;
1033
1034   Bitboard occupied = pieces() ^ from ^ to;
1035   Color stm = color_of(piece_on(from));
1036   Bitboard attackers = attackers_to(to, occupied);
1037   Bitboard stmAttackers, bb;
1038   int res = 1;
1039
1040   while (true)
1041   {
1042       stm = ~stm;
1043       attackers &= occupied;
1044
1045       // If stm has no more attackers then give up: stm loses
1046       if (!(stmAttackers = attackers & pieces(stm)))
1047           break;
1048
1049       // Don't allow pinned pieces to attack (except the king) as long as
1050       // there are pinners on their original square.
1051       if (st->pinners[~stm] & occupied)
1052           stmAttackers &= ~st->blockersForKing[stm];
1053
1054       if (!stmAttackers)
1055           break;
1056
1057       res ^= 1;
1058
1059       // Locate and remove the next least valuable attacker, and add to
1060       // the bitboard 'attackers' any X-ray attackers behind it.
1061       if ((bb = stmAttackers & pieces(PAWN)))
1062       {
1063           if ((swap = PawnValueMg - swap) < res)
1064               break;
1065
1066           occupied ^= lsb(bb);
1067           attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN);
1068       }
1069
1070       else if ((bb = stmAttackers & pieces(KNIGHT)))
1071       {
1072           if ((swap = KnightValueMg - swap) < res)
1073               break;
1074
1075           occupied ^= lsb(bb);
1076       }
1077
1078       else if ((bb = stmAttackers & pieces(BISHOP)))
1079       {
1080           if ((swap = BishopValueMg - swap) < res)
1081               break;
1082
1083           occupied ^= lsb(bb);
1084           attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN);
1085       }
1086
1087       else if ((bb = stmAttackers & pieces(ROOK)))
1088       {
1089           if ((swap = RookValueMg - swap) < res)
1090               break;
1091
1092           occupied ^= lsb(bb);
1093           attackers |= attacks_bb<ROOK>(to, occupied) & pieces(ROOK, QUEEN);
1094       }
1095
1096       else if ((bb = stmAttackers & pieces(QUEEN)))
1097       {
1098           if ((swap = QueenValueMg - swap) < res)
1099               break;
1100
1101           occupied ^= lsb(bb);
1102           attackers |=  (attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN))
1103                       | (attacks_bb<ROOK  >(to, occupied) & pieces(ROOK  , QUEEN));
1104       }
1105
1106       else // KING
1107            // If we "capture" with the king but opponent still has attackers,
1108            // reverse the result.
1109           return (attackers & ~pieces(stm)) ? res ^ 1 : res;
1110   }
1111
1112   return bool(res);
1113 }
1114
1115 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by 50-move rule
1116 /// or by repetition. It does not detect stalemates.
1117
1118 bool Position::is_draw(int ply) const {
1119
1120   if (st->rule50 > 99 && (!checkers() || MoveList<LEGAL>(*this).size()))
1121       return true;
1122
1123   // Return a draw score if a position repeats once earlier but strictly
1124   // after the root, or repeats twice before or at the root.
1125   return st->repetition && st->repetition < ply;
1126 }
1127
1128
1129 // Position::has_repeated() tests whether there has been at least one repetition
1130 // of positions since the last capture or pawn move.
1131
1132 bool Position::has_repeated() const {
1133
1134     StateInfo* stc = st;
1135     int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1136     while (end-- >= 4)
1137     {
1138         if (stc->repetition)
1139             return true;
1140
1141         stc = stc->previous;
1142     }
1143     return false;
1144 }
1145
1146
1147 /// Position::has_game_cycle() tests if the position has a move which draws by repetition,
1148 /// or an earlier position has a move that directly reaches the current position.
1149
1150 bool Position::has_game_cycle(int ply) const {
1151
1152   int j;
1153
1154   int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1155
1156   if (end < 3)
1157     return false;
1158
1159   Key originalKey = st->key;
1160   StateInfo* stp = st->previous;
1161
1162   for (int i = 3; i <= end; i += 2)
1163   {
1164       stp = stp->previous->previous;
1165
1166       Key moveKey = originalKey ^ stp->key;
1167       if (   (j = H1(moveKey), cuckoo[j] == moveKey)
1168           || (j = H2(moveKey), cuckoo[j] == moveKey))
1169       {
1170           Move move = cuckooMove[j];
1171           Square s1 = from_sq(move);
1172           Square s2 = to_sq(move);
1173
1174           if (!(between_bb(s1, s2) & pieces()))
1175           {
1176               if (ply > i)
1177                   return true;
1178
1179               // For nodes before or at the root, check that the move is a
1180               // repetition rather than a move to the current position.
1181               // In the cuckoo table, both moves Rc1c5 and Rc5c1 are stored in
1182               // the same location, so we have to select which square to check.
1183               if (color_of(piece_on(empty(s1) ? s2 : s1)) != side_to_move())
1184                   continue;
1185
1186               // For repetitions before or at the root, require one more
1187               if (stp->repetition)
1188                   return true;
1189           }
1190       }
1191   }
1192   return false;
1193 }
1194
1195
1196 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
1197 /// is only useful for debugging e.g. for finding evaluation symmetry bugs.
1198
1199 void Position::flip() {
1200
1201   string f, token;
1202   std::stringstream ss(fen());
1203
1204   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r) // Piece placement
1205   {
1206       std::getline(ss, token, r > RANK_1 ? '/' : ' ');
1207       f.insert(0, token + (f.empty() ? " " : "/"));
1208   }
1209
1210   ss >> token; // Active color
1211   f += (token == "w" ? "B " : "W "); // Will be lowercased later
1212
1213   ss >> token; // Castling availability
1214   f += token + " ";
1215
1216   std::transform(f.begin(), f.end(), f.begin(),
1217                  [](char c) { return char(islower(c) ? toupper(c) : tolower(c)); });
1218
1219   ss >> token; // En passant square
1220   f += (token == "-" ? token : token.replace(1, 1, token[1] == '3' ? "6" : "3"));
1221
1222   std::getline(ss, token); // Half and full moves
1223   f += token;
1224
1225   set(f, is_chess960(), st, this_thread());
1226
1227   assert(pos_is_ok());
1228 }
1229
1230
1231 /// Position::pos_is_ok() performs some consistency checks for the
1232 /// position object and raises an asserts if something wrong is detected.
1233 /// This is meant to be helpful when debugging.
1234
1235 bool Position::pos_is_ok() const {
1236
1237   constexpr bool Fast = true; // Quick (default) or full check?
1238
1239   if (   (sideToMove != WHITE && sideToMove != BLACK)
1240       || piece_on(square<KING>(WHITE)) != W_KING
1241       || piece_on(square<KING>(BLACK)) != B_KING
1242       || (   ep_square() != SQ_NONE
1243           && relative_rank(sideToMove, ep_square()) != RANK_6))
1244       assert(0 && "pos_is_ok: Default");
1245
1246   if (Fast)
1247       return true;
1248
1249   if (   pieceCount[W_KING] != 1
1250       || pieceCount[B_KING] != 1
1251       || attackers_to(square<KING>(~sideToMove)) & pieces(sideToMove))
1252       assert(0 && "pos_is_ok: Kings");
1253
1254   if (   (pieces(PAWN) & (Rank1BB | Rank8BB))
1255       || pieceCount[W_PAWN] > 8
1256       || pieceCount[B_PAWN] > 8)
1257       assert(0 && "pos_is_ok: Pawns");
1258
1259   if (   (pieces(WHITE) & pieces(BLACK))
1260       || (pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != pieces()
1261       || popcount(pieces(WHITE)) > 16
1262       || popcount(pieces(BLACK)) > 16)
1263       assert(0 && "pos_is_ok: Bitboards");
1264
1265   for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; ++p1)
1266       for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; ++p2)
1267           if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1268               assert(0 && "pos_is_ok: Bitboards");
1269
1270   StateInfo si = *st;
1271   set_state(&si);
1272   if (std::memcmp(&si, st, sizeof(StateInfo)))
1273       assert(0 && "pos_is_ok: State");
1274
1275   for (Piece pc : Pieces)
1276   {
1277       if (   pieceCount[pc] != popcount(pieces(color_of(pc), type_of(pc)))
1278           || pieceCount[pc] != std::count(board, board + SQUARE_NB, pc))
1279           assert(0 && "pos_is_ok: Pieces");
1280
1281       for (int i = 0; i < pieceCount[pc]; ++i)
1282           if (board[pieceList[pc][i]] != pc || index[pieceList[pc][i]] != i)
1283               assert(0 && "pos_is_ok: Index");
1284   }
1285
1286   for (Color c : { WHITE, BLACK })
1287       for (CastlingRights cr : {c & KING_SIDE, c & QUEEN_SIDE})
1288       {
1289           if (!can_castle(cr))
1290               continue;
1291
1292           if (   piece_on(castlingRookSquare[cr]) != make_piece(c, ROOK)
1293               || castlingRightsMask[castlingRookSquare[cr]] != cr
1294               || (castlingRightsMask[square<KING>(c)] & cr) != cr)
1295               assert(0 && "pos_is_ok: Castling");
1296       }
1297
1298   return true;
1299 }