cbaa07e86e6c7925aa810347fc63688f63810252
[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) 2008-2014 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 <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cstring>
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "movegen.h"
28 #include "notation.h"
29 #include "position.h"
30 #include "psqtab.h"
31 #include "rkiss.h"
32 #include "thread.h"
33 #include "tt.h"
34
35 using std::string;
36
37 static const string PieceToChar(" PNBRQK  pnbrqk");
38
39 CACHE_LINE_ALIGNMENT
40
41 Value PieceValue[PHASE_NB][PIECE_NB] = {
42 { VALUE_ZERO, PawnValueMg, KnightValueMg, BishopValueMg, RookValueMg, QueenValueMg },
43 { VALUE_ZERO, PawnValueEg, KnightValueEg, BishopValueEg, RookValueEg, QueenValueEg } };
44
45 static Score psq[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
46
47 namespace Zobrist {
48
49   Key psq[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
50   Key enpassant[FILE_NB];
51   Key castling[CASTLING_RIGHT_NB];
52   Key side;
53   Key exclusion;
54 }
55
56 Key Position::exclusion_key() const { return st->key ^ Zobrist::exclusion;}
57
58 namespace {
59
60 // min_attacker() is a helper function used by see() to locate the least
61 // valuable attacker for the side to move, remove the attacker we just found
62 // from the bitboards and scan for new X-ray attacks behind it.
63
64 template<int Pt> FORCE_INLINE
65 PieceType min_attacker(const Bitboard* bb, const Square& to, const Bitboard& stmAttackers,
66                        Bitboard& occupied, Bitboard& attackers) {
67
68   Bitboard b = stmAttackers & bb[Pt];
69   if (!b)
70       return min_attacker<Pt+1>(bb, to, stmAttackers, occupied, attackers);
71
72   occupied ^= b & ~(b - 1);
73
74   if (Pt == PAWN || Pt == BISHOP || Pt == QUEEN)
75       attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & (bb[BISHOP] | bb[QUEEN]);
76
77   if (Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
78       attackers |= attacks_bb<ROOK>(to, occupied) & (bb[ROOK] | bb[QUEEN]);
79
80   attackers &= occupied; // After X-ray that may add already processed pieces
81   return (PieceType)Pt;
82 }
83
84 template<> FORCE_INLINE
85 PieceType min_attacker<KING>(const Bitboard*, const Square&, const Bitboard&, Bitboard&, Bitboard&) {
86   return KING; // No need to update bitboards: it is the last cycle
87 }
88
89 } // namespace
90
91
92 /// CheckInfo c'tor
93
94 CheckInfo::CheckInfo(const Position& pos) {
95
96   Color them = ~pos.side_to_move();
97   ksq = pos.king_square(them);
98
99   pinned = pos.pinned_pieces(pos.side_to_move());
100   dcCandidates = pos.discovered_check_candidates();
101
102   checkSq[PAWN]   = pos.attacks_from<PAWN>(ksq, them);
103   checkSq[KNIGHT] = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq);
104   checkSq[BISHOP] = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
105   checkSq[ROOK]   = pos.attacks_from<ROOK>(ksq);
106   checkSq[QUEEN]  = checkSq[BISHOP] | checkSq[ROOK];
107   checkSq[KING]   = 0;
108 }
109
110
111 /// Position::init() initializes at startup the various arrays used to compute
112 /// hash keys and the piece square tables. The latter is a two-step operation:
113 /// Firstly, the white halves of the tables are copied from PSQT[] tables.
114 /// Secondly, the black halves of the tables are initialized by flipping and
115 /// changing the sign of the white scores.
116
117 void Position::init() {
118
119   RKISS rk;
120
121   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
122       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
123           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
124               Zobrist::psq[c][pt][s] = rk.rand<Key>();
125
126   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
127       Zobrist::enpassant[f] = rk.rand<Key>();
128
129   for (int cf = NO_CASTLING; cf <= ANY_CASTLING; ++cf)
130   {
131       Bitboard b = cf;
132       while (b)
133       {
134           Key k = Zobrist::castling[1ULL << pop_lsb(&b)];
135           Zobrist::castling[cf] ^= k ? k : rk.rand<Key>();
136       }
137   }
138
139   Zobrist::side = rk.rand<Key>();
140   Zobrist::exclusion  = rk.rand<Key>();
141
142   for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
143   {
144       PieceValue[MG][make_piece(BLACK, pt)] = PieceValue[MG][pt];
145       PieceValue[EG][make_piece(BLACK, pt)] = PieceValue[EG][pt];
146
147       Score v = make_score(PieceValue[MG][pt], PieceValue[EG][pt]);
148
149       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
150       {
151          psq[WHITE][pt][ s] =  (v + PSQT[pt][s]);
152          psq[BLACK][pt][~s] = -(v + PSQT[pt][s]);
153       }
154   }
155 }
156
157
158 /// Position::operator=() creates a copy of 'pos'. We want the new born Position
159 /// object to not depend on any external data so we detach state pointer from
160 /// the source one.
161
162 Position& Position::operator=(const Position& pos) {
163
164   std::memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
165   startState = *st;
166   st = &startState;
167   nodes = 0;
168
169   assert(pos_is_ok());
170
171   return *this;
172 }
173
174
175 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
176 /// empty board, white to move, and no castling rights.
177
178 void Position::clear() {
179
180   std::memset(this, 0, sizeof(Position));
181   startState.epSquare = SQ_NONE;
182   st = &startState;
183
184   for (int i = 0; i < PIECE_TYPE_NB; ++i)
185       for (int j = 0; j < 16; ++j)
186           pieceList[WHITE][i][j] = pieceList[BLACK][i][j] = SQ_NONE;
187 }
188
189
190 /// Position::set() initializes the position object with the given FEN string.
191 /// This function is not very robust - make sure that input FENs are correct,
192 /// this is assumed to be the responsibility of the GUI.
193
194 void Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, Thread* th) {
195 /*
196    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
197
198    A FEN string contains six fields separated by a space. The fields are:
199
200    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting
201       with rank 8 and ending with rank 1. Within each rank, the contents of each
202       square are described from file A through file H. Following the Standard
203       Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
204       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case
205       letters ("PNBRQK") whilst Black uses lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are
206       noted using digits 1 through 8 (the number of blank squares), and "/"
207       separates ranks.
208
209    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
210
211    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise,
212       this has one or more letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White
213       can castle queenside), "k" (Black can castle kingside), and/or "q" (Black
214       can castle queenside).
215
216    4) En passant target square (in algebraic notation). If there's no en passant
217       target square, this is "-". If a pawn has just made a 2-square move, this
218       is the position "behind" the pawn. This is recorded regardless of whether
219       there is a pawn in position to make an en passant capture.
220
221    5) Halfmove clock. This is the number of halfmoves since the last pawn advance
222       or capture. This is used to determine if a draw can be claimed under the
223       fifty-move rule.
224
225    6) Fullmove number. The number of the full move. It starts at 1, and is
226       incremented after Black's move.
227 */
228
229   unsigned char col, row, token;
230   size_t idx;
231   Square sq = SQ_A8;
232   std::istringstream ss(fenStr);
233
234   clear();
235   ss >> std::noskipws;
236
237   // 1. Piece placement
238   while ((ss >> token) && !isspace(token))
239   {
240       if (isdigit(token))
241           sq += Square(token - '0'); // Advance the given number of files
242
243       else if (token == '/')
244           sq -= Square(16);
245
246       else if ((idx = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
247       {
248           put_piece(sq, color_of(Piece(idx)), type_of(Piece(idx)));
249           ++sq;
250       }
251   }
252
253   // 2. Active color
254   ss >> token;
255   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
256   ss >> token;
257
258   // 3. Castling availability. Compatible with 3 standards: Normal FEN standard,
259   // Shredder-FEN that uses the letters of the columns on which the rooks began
260   // the game instead of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960,
261   // if an inner rook is associated with the castling right, the castling tag is
262   // replaced by the file letter of the involved rook, as for the Shredder-FEN.
263   while ((ss >> token) && !isspace(token))
264   {
265       Square rsq;
266       Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
267
268       token = char(toupper(token));
269
270       if (token == 'K')
271           for (rsq = relative_square(c, SQ_H1); type_of(piece_on(rsq)) != ROOK; --rsq) {}
272
273       else if (token == 'Q')
274           for (rsq = relative_square(c, SQ_A1); type_of(piece_on(rsq)) != ROOK; ++rsq) {}
275
276       else if (token >= 'A' && token <= 'H')
277           rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
278
279       else
280           continue;
281
282       set_castling_right(c, rsq);
283   }
284
285   // 4. En passant square. Ignore if no pawn capture is possible
286   if (   ((ss >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
287       && ((ss >> row) && (row == '3' || row == '6')))
288   {
289       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
290
291       if (!(attackers_to(st->epSquare) & pieces(sideToMove, PAWN)))
292           st->epSquare = SQ_NONE;
293   }
294
295   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
296   ss >> std::skipws >> st->rule50 >> gamePly;
297
298   // Convert from fullmove starting from 1 to ply starting from 0,
299   // handle also common incorrect FEN with fullmove = 0.
300   gamePly = std::max(2 * (gamePly - 1), 0) + (sideToMove == BLACK);
301
302   chess960 = isChess960;
303   thisThread = th;
304   set_state(st);
305
306   assert(pos_is_ok());
307 }
308
309
310 /// Position::set_castling_right() is a helper function used to set castling
311 /// rights given the corresponding color and the rook starting square.
312
313 void Position::set_castling_right(Color c, Square rfrom) {
314
315   Square kfrom = king_square(c);
316   CastlingSide cs = kfrom < rfrom ? KING_SIDE : QUEEN_SIDE;
317   CastlingRight cr = (c | cs);
318
319   st->castlingRights |= cr;
320   castlingRightsMask[kfrom] |= cr;
321   castlingRightsMask[rfrom] |= cr;
322   castlingRookSquare[cr] = rfrom;
323
324   Square kto = relative_square(c, cs == KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
325   Square rto = relative_square(c, cs == KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
326
327   for (Square s = std::min(rfrom, rto); s <= std::max(rfrom, rto); ++s)
328       if (s != kfrom && s != rfrom)
329           castlingPath[cr] |= s;
330
331   for (Square s = std::min(kfrom, kto); s <= std::max(kfrom, kto); ++s)
332       if (s != kfrom && s != rfrom)
333           castlingPath[cr] |= s;
334 }
335
336
337 /// Position::set_state() computes the hash keys of the position, and other
338 /// data that once computed is updated incrementally as moves are made.
339 /// The function is only used when a new position is set up, and to verify
340 /// the correctness of the StateInfo data when running in debug mode.
341
342 void Position::set_state(StateInfo* si) const {
343
344   si->key = si->pawnKey = si->materialKey = 0;
345   si->npMaterial[WHITE] = si->npMaterial[BLACK] = VALUE_ZERO;
346   si->psq = SCORE_ZERO;
347
348   si->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(~sideToMove);
349
350   for (Bitboard b = pieces(); b; )
351   {
352       Square s = pop_lsb(&b);
353       Piece pc = piece_on(s);
354       si->key ^= Zobrist::psq[color_of(pc)][type_of(pc)][s];
355       si->psq += psq[color_of(pc)][type_of(pc)][s];
356   }
357
358   if (ep_square() != SQ_NONE)
359       si->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(ep_square())];
360
361   if (sideToMove == BLACK)
362       si->key ^= Zobrist::side;
363
364   si->key ^= Zobrist::castling[st->castlingRights];
365
366   for (Bitboard b = pieces(PAWN); b; )
367   {
368       Square s = pop_lsb(&b);
369       si->pawnKey ^= Zobrist::psq[color_of(piece_on(s))][PAWN][s];
370   }
371
372   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
373       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
374           for (int cnt = 0; cnt < pieceCount[c][pt]; ++cnt)
375               si->materialKey ^= Zobrist::psq[c][pt][cnt];
376
377   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
378       for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; ++pt)
379           si->npMaterial[c] += pieceCount[c][pt] * PieceValue[MG][pt];
380 }
381
382
383 /// Position::fen() returns a FEN representation of the position. In case of
384 /// Chess960 the Shredder-FEN notation is used. This is mainly a debugging function.
385
386 const string Position::fen() const {
387
388   int emptyCnt;
389   std::ostringstream ss;
390
391   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
392   {
393       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
394       {
395           for (emptyCnt = 0; f <= FILE_H && empty(make_square(f, r)); ++f)
396               ++emptyCnt;
397
398           if (emptyCnt)
399               ss << emptyCnt;
400
401           if (f <= FILE_H)
402               ss << PieceToChar[piece_on(make_square(f, r))];
403       }
404
405       if (r > RANK_1)
406           ss << '/';
407   }
408
409   ss << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
410
411   if (can_castle(WHITE_OO))
412       ss << (chess960 ? to_char(file_of(castling_rook_square(WHITE |  KING_SIDE)), false) : 'K');
413
414   if (can_castle(WHITE_OOO))
415       ss << (chess960 ? to_char(file_of(castling_rook_square(WHITE | QUEEN_SIDE)), false) : 'Q');
416
417   if (can_castle(BLACK_OO))
418       ss << (chess960 ? to_char(file_of(castling_rook_square(BLACK |  KING_SIDE)),  true) : 'k');
419
420   if (can_castle(BLACK_OOO))
421       ss << (chess960 ? to_char(file_of(castling_rook_square(BLACK | QUEEN_SIDE)),  true) : 'q');
422
423   if (!can_castle(WHITE) && !can_castle(BLACK))
424       ss << '-';
425
426   ss << (ep_square() == SQ_NONE ? " - " : " " + to_string(ep_square()) + " ")
427      << st->rule50 << " " << 1 + (gamePly - (sideToMove == BLACK)) / 2;
428
429   return ss.str();
430 }
431
432
433 /// Position::pretty() returns an ASCII representation of the position
434
435 const string Position::pretty() const {
436
437   std::ostringstream ss;
438
439   ss << "\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
440
441   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
442   {
443       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
444           ss << " | " << PieceToChar[piece_on(make_square(f, r))];
445
446       ss << " |\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
447   }
448
449   ss << "\nFen: " << fen() << "\nKey: " << std::hex << std::uppercase
450      << std::setfill('0') << std::setw(16) << st->key << "\nCheckers: ";
451
452   for (Bitboard b = checkers(); b; )
453       ss << to_string(pop_lsb(&b)) << " ";
454
455   return ss.str();
456 }
457
458
459 /// Position::game_phase() calculates the game phase interpolating total non-pawn
460 /// material between endgame and midgame limits.
461
462 Phase Position::game_phase() const {
463
464   Value npm = st->npMaterial[WHITE] + st->npMaterial[BLACK];
465
466   npm = std::max(EndgameLimit, std::min(npm, MidgameLimit));
467
468   return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
469 }
470
471
472 /// Position::check_blockers() returns a bitboard of all the pieces with color
473 /// 'c' that are blocking check on the king with color 'kingColor'. A piece
474 /// blocks a check if removing that piece from the board would result in a
475 /// position where the king is in check. A check blocking piece can be either a
476 /// pinned or a discovered check piece, according if its color 'c' is the same
477 /// or the opposite of 'kingColor'.
478
479 Bitboard Position::check_blockers(Color c, Color kingColor) const {
480
481   Bitboard b, pinners, result = 0;
482   Square ksq = king_square(kingColor);
483
484   // Pinners are sliders that give check when a pinned piece is removed
485   pinners = (  (pieces(  ROOK, QUEEN) & PseudoAttacks[ROOK  ][ksq])
486              | (pieces(BISHOP, QUEEN) & PseudoAttacks[BISHOP][ksq])) & pieces(~kingColor);
487
488   while (pinners)
489   {
490       b = between_bb(ksq, pop_lsb(&pinners)) & pieces();
491
492       if (!more_than_one(b))
493           result |= b & pieces(c);
494   }
495   return result;
496 }
497
498
499 /// Position::attackers_to() computes a bitboard of all pieces which attack a
500 /// given square. Slider attacks use the occ bitboard to indicate occupancy.
501
502 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occ) const {
503
504   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(WHITE, PAWN))
505         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(BLACK, PAWN))
506         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
507         | (attacks_bb<ROOK>(s, occ)     & pieces(ROOK, QUEEN))
508         | (attacks_bb<BISHOP>(s, occ)   & pieces(BISHOP, QUEEN))
509         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
510 }
511
512
513 /// Position::legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
514
515 bool Position::legal(Move m, Bitboard pinned) const {
516
517   assert(is_ok(m));
518   assert(pinned == pinned_pieces(sideToMove));
519
520   Color us = sideToMove;
521   Square from = from_sq(m);
522
523   assert(color_of(moved_piece(m)) == us);
524   assert(piece_on(king_square(us)) == make_piece(us, KING));
525
526   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
527   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
528   // the move is made.
529   if (type_of(m) == ENPASSANT)
530   {
531       Square ksq = king_square(us);
532       Square to = to_sq(m);
533       Square capsq = to - pawn_push(us);
534       Bitboard occ = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
535
536       assert(to == ep_square());
537       assert(moved_piece(m) == make_piece(us, PAWN));
538       assert(piece_on(capsq) == make_piece(~us, PAWN));
539       assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
540
541       return   !(attacks_bb<  ROOK>(ksq, occ) & pieces(~us, QUEEN, ROOK))
542             && !(attacks_bb<BISHOP>(ksq, occ) & pieces(~us, QUEEN, BISHOP));
543   }
544
545   // If the moving piece is a king, check whether the destination
546   // square is attacked by the opponent. Castling moves are checked
547   // for legality during move generation.
548   if (type_of(piece_on(from)) == KING)
549       return type_of(m) == CASTLING || !(attackers_to(to_sq(m)) & pieces(~us));
550
551   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
552   // is moving along the ray towards or away from the king.
553   return   !pinned
554         || !(pinned & from)
555         ||  aligned(from, to_sq(m), king_square(us));
556 }
557
558
559 /// Position::pseudo_legal() takes a random move and tests whether the move is
560 /// pseudo legal. It is used to validate moves from TT that can be corrupted
561 /// due to SMP concurrent access or hash position key aliasing.
562
563 bool Position::pseudo_legal(const Move m) const {
564
565   Color us = sideToMove;
566   Square from = from_sq(m);
567   Square to = to_sq(m);
568   Piece pc = moved_piece(m);
569
570   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
571   if (type_of(m) != NORMAL)
572       return MoveList<LEGAL>(*this).contains(m);
573
574   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
575   if (promotion_type(m) - 2 != NO_PIECE_TYPE)
576       return false;
577
578   // If the 'from' square is not occupied by a piece belonging to the side to
579   // move, the move is obviously not legal.
580   if (pc == NO_PIECE || color_of(pc) != us)
581       return false;
582
583   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
584   if (pieces(us) & to)
585       return false;
586
587   // Handle the special case of a pawn move
588   if (type_of(pc) == PAWN)
589   {
590       // We have already handled promotion moves, so destination
591       // cannot be on the 8th/1st rank.
592       if (rank_of(to) == relative_rank(us, RANK_8))
593           return false;
594
595       if (   !(attacks_from<PAWN>(from, us) & pieces(~us) & to) // Not a capture
596
597           && !((from + pawn_push(us) == to) && empty(to))       // Not a single push
598
599           && !(   (from + 2 * pawn_push(us) == to)              // Not a double push
600                && (rank_of(from) == relative_rank(us, RANK_2))
601                && empty(to)
602                && empty(to - pawn_push(us))))
603           return false;
604   }
605   else if (!(attacks_from(pc, from) & to))
606       return false;
607
608   // Evasions generator already takes care to avoid some kind of illegal moves
609   // and legal() relies on this. We therefore have to take care that the same
610   // kind of moves are filtered out here.
611   if (checkers())
612   {
613       if (type_of(pc) != KING)
614       {
615           // Double check? In this case a king move is required
616           if (more_than_one(checkers()))
617               return false;
618
619           // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
620           if (!((between_bb(lsb(checkers()), king_square(us)) | checkers()) & to))
621               return false;
622       }
623       // In case of king moves under check we have to remove king so as to catch
624       // invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
625       else if (attackers_to(to, pieces() ^ from) & pieces(~us))
626           return false;
627   }
628
629   return true;
630 }
631
632
633 /// Position::gives_check() tests whether a pseudo-legal move gives a check
634
635 bool Position::gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const {
636
637   assert(is_ok(m));
638   assert(ci.dcCandidates == discovered_check_candidates());
639   assert(color_of(moved_piece(m)) == sideToMove);
640
641   Square from = from_sq(m);
642   Square to = to_sq(m);
643   PieceType pt = type_of(piece_on(from));
644
645   // Is there a direct check?
646   if (ci.checkSq[pt] & to)
647       return true;
648
649   // Is there a discovered check?
650   if (   unlikely(ci.dcCandidates)
651       && (ci.dcCandidates & from)
652       && !aligned(from, to, ci.ksq))
653       return true;
654
655   switch (type_of(m))
656   {
657   case NORMAL:
658       return false;
659
660   case PROMOTION:
661       return attacks_bb(Piece(promotion_type(m)), to, pieces() ^ from) & ci.ksq;
662
663   // En passant capture with check? We have already handled the case
664   // of direct checks and ordinary discovered check, so the only case we
665   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
666   // the captured pawn.
667   case ENPASSANT:
668   {
669       Square capsq = make_square(file_of(to), rank_of(from));
670       Bitboard b = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
671
672       return  (attacks_bb<  ROOK>(ci.ksq, b) & pieces(sideToMove, QUEEN, ROOK))
673             | (attacks_bb<BISHOP>(ci.ksq, b) & pieces(sideToMove, QUEEN, BISHOP));
674   }
675   case CASTLING:
676   {
677       Square kfrom = from;
678       Square rfrom = to; // Castling is encoded as 'King captures the rook'
679       Square kto = relative_square(sideToMove, rfrom > kfrom ? SQ_G1 : SQ_C1);
680       Square rto = relative_square(sideToMove, rfrom > kfrom ? SQ_F1 : SQ_D1);
681
682       return   (PseudoAttacks[ROOK][rto] & ci.ksq)
683             && (attacks_bb<ROOK>(rto, (pieces() ^ kfrom ^ rfrom) | rto | kto) & ci.ksq);
684   }
685   default:
686       assert(false);
687       return false;
688   }
689 }
690
691
692 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
693 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
694 /// moves should be filtered out before this function is called.
695
696 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
697
698   CheckInfo ci(*this);
699   do_move(m, newSt, ci, gives_check(m, ci));
700 }
701
702 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck) {
703
704   assert(is_ok(m));
705   assert(&newSt != st);
706
707   ++nodes;
708   Key k = st->key;
709
710   // Copy some fields of the old state to our new StateInfo object except the
711   // ones which are going to be recalculated from scratch anyway and then switch
712   // our state pointer to point to the new (ready to be updated) state.
713   std::memcpy(&newSt, st, StateCopySize64 * sizeof(uint64_t));
714
715   newSt.previous = st;
716   st = &newSt;
717
718   // Update side to move
719   k ^= Zobrist::side;
720
721   // Increment ply counters. In particular, rule50 will be reset to zero later on
722   // in case of a capture or a pawn move.
723   ++gamePly;
724   ++st->rule50;
725   ++st->pliesFromNull;
726
727   Color us = sideToMove;
728   Color them = ~us;
729   Square from = from_sq(m);
730   Square to = to_sq(m);
731   Piece pc = piece_on(from);
732   PieceType pt = type_of(pc);
733   PieceType captured = type_of(m) == ENPASSANT ? PAWN : type_of(piece_on(to));
734
735   assert(color_of(pc) == us);
736   assert(piece_on(to) == NO_PIECE || color_of(piece_on(to)) == them || type_of(m) == CASTLING);
737   assert(captured != KING);
738
739   if (type_of(m) == CASTLING)
740   {
741       assert(pc == make_piece(us, KING));
742
743       Square rfrom, rto;
744       do_castling<true>(from, to, rfrom, rto);
745
746       captured = NO_PIECE_TYPE;
747       st->psq += psq[us][ROOK][rto] - psq[us][ROOK][rfrom];
748       k ^= Zobrist::psq[us][ROOK][rfrom] ^ Zobrist::psq[us][ROOK][rto];
749   }
750
751   if (captured)
752   {
753       Square capsq = to;
754
755       // If the captured piece is a pawn, update pawn hash key, otherwise
756       // update non-pawn material.
757       if (captured == PAWN)
758       {
759           if (type_of(m) == ENPASSANT)
760           {
761               capsq += pawn_push(them);
762
763               assert(pt == PAWN);
764               assert(to == st->epSquare);
765               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
766               assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
767               assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
768
769               board[capsq] = NO_PIECE;
770           }
771
772           st->pawnKey ^= Zobrist::psq[them][PAWN][capsq];
773       }
774       else
775           st->npMaterial[them] -= PieceValue[MG][captured];
776
777       // Update board and piece lists
778       remove_piece(capsq, them, captured);
779
780       // Update material hash key and prefetch access to materialTable
781       k ^= Zobrist::psq[them][captured][capsq];
782       st->materialKey ^= Zobrist::psq[them][captured][pieceCount[them][captured]];
783       prefetch((char*)thisThread->materialTable[st->materialKey]);
784
785       // Update incremental scores
786       st->psq -= psq[them][captured][capsq];
787
788       // Reset rule 50 counter
789       st->rule50 = 0;
790   }
791
792   // Update hash key
793   k ^= Zobrist::psq[us][pt][from] ^ Zobrist::psq[us][pt][to];
794
795   // Reset en passant square
796   if (st->epSquare != SQ_NONE)
797   {
798       k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
799       st->epSquare = SQ_NONE;
800   }
801
802   // Update castling rights if needed
803   if (st->castlingRights && (castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to]))
804   {
805       int cr = castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to];
806       k ^= Zobrist::castling[st->castlingRights & cr];
807       st->castlingRights &= ~cr;
808   }
809
810   // Move the piece. The tricky Chess960 castling is handled earlier
811   if (type_of(m) != CASTLING)
812       move_piece(from, to, us, pt);
813
814   // If the moving piece is a pawn do some special extra work
815   if (pt == PAWN)
816   {
817       // Set en-passant square if the moved pawn can be captured
818       if (   (int(to) ^ int(from)) == 16
819           && (attacks_from<PAWN>(from + pawn_push(us), us) & pieces(them, PAWN)))
820       {
821           st->epSquare = Square((from + to) / 2);
822           k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
823       }
824
825       else if (type_of(m) == PROMOTION)
826       {
827           PieceType promotion = promotion_type(m);
828
829           assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
830           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
831
832           remove_piece(to, us, PAWN);
833           put_piece(to, us, promotion);
834
835           // Update hash keys
836           k ^= Zobrist::psq[us][PAWN][to] ^ Zobrist::psq[us][promotion][to];
837           st->pawnKey ^= Zobrist::psq[us][PAWN][to];
838           st->materialKey ^=  Zobrist::psq[us][promotion][pieceCount[us][promotion]-1]
839                             ^ Zobrist::psq[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
840
841           // Update incremental score
842           st->psq += psq[us][promotion][to] - psq[us][PAWN][to];
843
844           // Update material
845           st->npMaterial[us] += PieceValue[MG][promotion];
846       }
847
848       // Update pawn hash key and prefetch access to pawnsTable
849       st->pawnKey ^= Zobrist::psq[us][PAWN][from] ^ Zobrist::psq[us][PAWN][to];
850       prefetch((char*)thisThread->pawnsTable[st->pawnKey]);
851
852       // Reset rule 50 draw counter
853       st->rule50 = 0;
854   }
855
856   // Update incremental scores
857   st->psq += psq[us][pt][to] - psq[us][pt][from];
858
859   // Set capture piece
860   st->capturedType = captured;
861
862   // Update the key with the final value
863   st->key = k;
864
865   // Update checkers bitboard: piece must be already moved due to attacks_from()
866   st->checkersBB = 0;
867
868   if (moveIsCheck)
869   {
870       if (type_of(m) != NORMAL)
871           st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
872       else
873       {
874           // Direct checks
875           if (ci.checkSq[pt] & to)
876               st->checkersBB |= to;
877
878           // Discovered checks
879           if (unlikely(ci.dcCandidates) && (ci.dcCandidates & from))
880           {
881               if (pt != ROOK)
882                   st->checkersBB |= attacks_from<ROOK>(king_square(them)) & pieces(us, QUEEN, ROOK);
883
884               if (pt != BISHOP)
885                   st->checkersBB |= attacks_from<BISHOP>(king_square(them)) & pieces(us, QUEEN, BISHOP);
886           }
887       }
888   }
889
890   sideToMove = ~sideToMove;
891
892   assert(pos_is_ok());
893 }
894
895
896 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
897 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
898
899 void Position::undo_move(Move m) {
900
901   assert(is_ok(m));
902
903   sideToMove = ~sideToMove;
904
905   Color us = sideToMove;
906   Square from = from_sq(m);
907   Square to = to_sq(m);
908   PieceType pt = type_of(piece_on(to));
909
910   assert(empty(from) || type_of(m) == CASTLING);
911   assert(st->capturedType != KING);
912
913   if (type_of(m) == PROMOTION)
914   {
915       assert(pt == promotion_type(m));
916       assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
917       assert(promotion_type(m) >= KNIGHT && promotion_type(m) <= QUEEN);
918
919       remove_piece(to, us, promotion_type(m));
920       put_piece(to, us, PAWN);
921       pt = PAWN;
922   }
923
924   if (type_of(m) == CASTLING)
925   {
926       Square rfrom, rto;
927       do_castling<false>(from, to, rfrom, rto);
928   }
929   else
930   {
931       move_piece(to, from, us, pt); // Put the piece back at the source square
932
933       if (st->capturedType)
934       {
935           Square capsq = to;
936
937           if (type_of(m) == ENPASSANT)
938           {
939               capsq -= pawn_push(us);
940
941               assert(pt == PAWN);
942               assert(to == st->previous->epSquare);
943               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
944               assert(piece_on(capsq) == NO_PIECE);
945           }
946
947           put_piece(capsq, ~us, st->capturedType); // Restore the captured piece
948       }
949   }
950
951   // Finally point our state pointer back to the previous state
952   st = st->previous;
953   --gamePly;
954
955   assert(pos_is_ok());
956 }
957
958
959 /// Position::do_castling() is a helper used to do/undo a castling move. This
960 /// is a bit tricky, especially in Chess960.
961 template<bool Do>
962 void Position::do_castling(Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto) {
963
964   bool kingSide = to > from;
965   rfrom = to; // Castling is encoded as "king captures friendly rook"
966   rto = relative_square(sideToMove, kingSide ? SQ_F1 : SQ_D1);
967   to  = relative_square(sideToMove, kingSide ? SQ_G1 : SQ_C1);
968
969   // Remove both pieces first since squares could overlap in Chess960
970   remove_piece(Do ?  from :  to, sideToMove, KING);
971   remove_piece(Do ? rfrom : rto, sideToMove, ROOK);
972   board[Do ? from : to] = board[Do ? rfrom : rto] = NO_PIECE; // Since remove_piece doesn't do it for us
973   put_piece(Do ?  to :  from, sideToMove, KING);
974   put_piece(Do ? rto : rfrom, sideToMove, ROOK);
975 }
976
977
978 /// Position::do(undo)_null_move() is used to do(undo) a "null move": It flips
979 /// the side to move without executing any move on the board.
980
981 void Position::do_null_move(StateInfo& newSt) {
982
983   assert(!checkers());
984
985   std::memcpy(&newSt, st, sizeof(StateInfo)); // Fully copy here
986
987   newSt.previous = st;
988   st = &newSt;
989
990   if (st->epSquare != SQ_NONE)
991   {
992       st->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
993       st->epSquare = SQ_NONE;
994   }
995
996   st->key ^= Zobrist::side;
997   prefetch((char*)TT.first_entry(st->key));
998
999   ++st->rule50;
1000   st->pliesFromNull = 0;
1001
1002   sideToMove = ~sideToMove;
1003
1004   assert(pos_is_ok());
1005 }
1006
1007 void Position::undo_null_move() {
1008
1009   assert(!checkers());
1010
1011   st = st->previous;
1012   sideToMove = ~sideToMove;
1013 }
1014
1015
1016 /// Position::key_after() computes the new hash key after the given moven. Needed
1017 /// for speculative prefetch. It doesn't recognize special moves like castling,
1018 /// en-passant and promotions.
1019
1020 Key Position::key_after(Move m) const {
1021
1022   Color us = sideToMove;
1023   Square from = from_sq(m);
1024   Square to = to_sq(m);
1025   PieceType pt = type_of(piece_on(from));
1026   PieceType captured = type_of(piece_on(to));
1027   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
1028
1029   if (captured)
1030       k ^= Zobrist::psq[~us][captured][to];
1031
1032   return k ^ Zobrist::psq[us][pt][to] ^ Zobrist::psq[us][pt][from];
1033 }
1034
1035
1036 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1037 /// material gain or loss resulting from a move.
1038
1039 Value Position::see_sign(Move m) const {
1040
1041   assert(is_ok(m));
1042
1043   // Early return if SEE cannot be negative because captured piece value
1044   // is not less then capturing one. Note that king moves always return
1045   // here because king midgame value is set to 0.
1046   if (PieceValue[MG][moved_piece(m)] <= PieceValue[MG][piece_on(to_sq(m))])
1047       return VALUE_KNOWN_WIN;
1048
1049   return see(m);
1050 }
1051
1052 Value Position::see(Move m) const {
1053
1054   Square from, to;
1055   Bitboard occupied, attackers, stmAttackers;
1056   Value swapList[32];
1057   int slIndex = 1;
1058   PieceType captured;
1059   Color stm;
1060
1061   assert(is_ok(m));
1062
1063   from = from_sq(m);
1064   to = to_sq(m);
1065   swapList[0] = PieceValue[MG][piece_on(to)];
1066   stm = color_of(piece_on(from));
1067   occupied = pieces() ^ from;
1068
1069   // Castling moves are implemented as king capturing the rook so cannot be
1070   // handled correctly. Simply return 0 that is always the correct value
1071   // unless in the rare case the rook ends up under attack.
1072   if (type_of(m) == CASTLING)
1073       return VALUE_ZERO;
1074
1075   if (type_of(m) == ENPASSANT)
1076   {
1077       occupied ^= to - pawn_push(stm); // Remove the captured pawn
1078       swapList[0] = PieceValue[MG][PAWN];
1079   }
1080
1081   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1082   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1083   attackers = attackers_to(to, occupied) & occupied;
1084
1085   // If the opponent has no attackers we are finished
1086   stm = ~stm;
1087   stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1088   if (!stmAttackers)
1089       return swapList[0];
1090
1091   // The destination square is defended, which makes things rather more
1092   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1093   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1094   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1095   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1096   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1097   captured = type_of(piece_on(from));
1098
1099   do {
1100       assert(slIndex < 32);
1101
1102       // Add the new entry to the swap list
1103       swapList[slIndex] = -swapList[slIndex - 1] + PieceValue[MG][captured];
1104
1105       // Locate and remove the next least valuable attacker
1106       captured = min_attacker<PAWN>(byTypeBB, to, stmAttackers, occupied, attackers);
1107
1108       // Stop before processing a king capture
1109       if (captured == KING)
1110       {
1111           if (stmAttackers == attackers)
1112               ++slIndex;
1113
1114           break;
1115       }
1116
1117       stm = ~stm;
1118       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1119       ++slIndex;
1120
1121   } while (stmAttackers);
1122
1123   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1124   // achievable score from the point of view of the side to move.
1125   while (--slIndex)
1126       swapList[slIndex - 1] = std::min(-swapList[slIndex], swapList[slIndex - 1]);
1127
1128   return swapList[0];
1129 }
1130
1131
1132 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material, 50 moves
1133 /// rule or repetition. It does not detect stalemates.
1134
1135 bool Position::is_draw() const {
1136
1137   if (st->rule50 > 99 && (!checkers() || MoveList<LEGAL>(*this).size()))
1138       return true;
1139
1140   StateInfo* stp = st;
1141   for (int i = 2, e = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull); i <= e; i += 2)
1142   {
1143       stp = stp->previous->previous;
1144
1145       if (stp->key == st->key)
1146           return true; // Draw at first repetition
1147   }
1148
1149   return false;
1150 }
1151
1152
1153 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
1154 /// is only useful for debugging e.g. for finding evaluation symmetry bugs.
1155
1156 static char toggle_case(char c) {
1157   return char(islower(c) ? toupper(c) : tolower(c));
1158 }
1159
1160 void Position::flip() {
1161
1162   string f, token;
1163   std::stringstream ss(fen());
1164
1165   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r) // Piece placement
1166   {
1167       std::getline(ss, token, r > RANK_1 ? '/' : ' ');
1168       f.insert(0, token + (f.empty() ? " " : "/"));
1169   }
1170
1171   ss >> token; // Active color
1172   f += (token == "w" ? "B " : "W "); // Will be lowercased later
1173
1174   ss >> token; // Castling availability
1175   f += token + " ";
1176
1177   std::transform(f.begin(), f.end(), f.begin(), toggle_case);
1178
1179   ss >> token; // En passant square
1180   f += (token == "-" ? token : token.replace(1, 1, token[1] == '3' ? "6" : "3"));
1181
1182   std::getline(ss, token); // Half and full moves
1183   f += token;
1184
1185   set(f, is_chess960(), this_thread());
1186
1187   assert(pos_is_ok());
1188 }
1189
1190
1191 /// Position::pos_is_ok() performs some consistency checks for the position object.
1192 /// This is meant to be helpful when debugging.
1193
1194 bool Position::pos_is_ok(int* step) const {
1195
1196   // Which parts of the position should be verified?
1197   const bool all = false;
1198
1199   const bool testBitboards       = all || false;
1200   const bool testState           = all || false;
1201   const bool testKingCount       = all || false;
1202   const bool testKingCapture     = all || false;
1203   const bool testPieceCounts     = all || false;
1204   const bool testPieceList       = all || false;
1205   const bool testCastlingSquares = all || false;
1206
1207   if (step)
1208       *step = 1;
1209
1210   if (   (sideToMove != WHITE && sideToMove != BLACK)
1211       || piece_on(king_square(WHITE)) != W_KING
1212       || piece_on(king_square(BLACK)) != B_KING
1213       || (   ep_square() != SQ_NONE
1214           && relative_rank(sideToMove, ep_square()) != RANK_6))
1215       return false;
1216
1217   if (step && ++*step, testBitboards)
1218   {
1219       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1220       if (pieces(WHITE) & pieces(BLACK))
1221           return false;
1222
1223       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1224       // occupied squares
1225       if ((pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != pieces())
1226           return false;
1227
1228       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1229       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; ++p1)
1230           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; ++p2)
1231               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1232                   return false;
1233   }
1234
1235   if (step && ++*step, testState)
1236   {
1237       StateInfo si;
1238       set_state(&si);
1239       if (   st->key != si.key
1240           || st->pawnKey != si.pawnKey
1241           || st->materialKey != si.materialKey
1242           || st->npMaterial[WHITE] != si.npMaterial[WHITE]
1243           || st->npMaterial[BLACK] != si.npMaterial[BLACK]
1244           || st->psq != si.psq
1245           || st->checkersBB != si.checkersBB)
1246           return false;
1247   }
1248
1249   if (step && ++*step, testKingCount)
1250       if (   std::count(board, board + SQUARE_NB, W_KING) != 1
1251           || std::count(board, board + SQUARE_NB, B_KING) != 1)
1252           return false;
1253
1254   if (step && ++*step, testKingCapture)
1255       if (attackers_to(king_square(~sideToMove)) & pieces(sideToMove))
1256           return false;
1257
1258   if (step && ++*step, testPieceCounts)
1259       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
1260           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
1261               if (pieceCount[c][pt] != popcount<Full>(pieces(c, pt)))
1262                   return false;
1263
1264   if (step && ++*step, testPieceList)
1265       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
1266           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
1267               for (int i = 0; i < pieceCount[c][pt];  ++i)
1268                   if (   board[pieceList[c][pt][i]] != make_piece(c, pt)
1269                       || index[pieceList[c][pt][i]] != i)
1270                       return false;
1271
1272   if (step && ++*step, testCastlingSquares)
1273       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
1274           for (CastlingSide s = KING_SIDE; s <= QUEEN_SIDE; s = CastlingSide(s + 1))
1275           {
1276               if (!can_castle(c | s))
1277                   continue;
1278
1279               if (  (castlingRightsMask[king_square(c)] & (c | s)) != (c | s)
1280                   || piece_on(castlingRookSquare[c | s]) != make_piece(c, ROOK)
1281                   || castlingRightsMask[castlingRookSquare[c | s]] != (c | s))
1282                   return false;
1283           }
1284
1285   return true;
1286 }