Change hidden checkers API
[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 #include "ucioption.h"
34
35 using std::string;
36 using std::cout;
37 using std::endl;
38
39 Key Position::zobrist[2][8][64];
40 Key Position::zobEp[64];
41 Key Position::zobCastle[16];
42 Key Position::zobSideToMove;
43 Key Position::zobExclusion;
44
45 Score Position::pieceSquareTable[16][64];
46
47 // Material values arrays, indexed by Piece
48 const Value PieceValueMidgame[17] = {
49   VALUE_ZERO,
50   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
51   RookValueMidgame, QueenValueMidgame,
52   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
53   PawnValueMidgame, KnightValueMidgame, BishopValueMidgame,
54   RookValueMidgame, QueenValueMidgame
55 };
56
57 const Value PieceValueEndgame[17] = {
58   VALUE_ZERO,
59   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
60   RookValueEndgame, QueenValueEndgame,
61   VALUE_ZERO, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
62   PawnValueEndgame, KnightValueEndgame, BishopValueEndgame,
63   RookValueEndgame, QueenValueEndgame
64 };
65
66
67 namespace {
68
69   // Bonus for having the side to move (modified by Joona Kiiski)
70   const Score TempoValue = make_score(48, 22);
71
72   // To convert a Piece to and from a FEN char
73   const string PieceToChar(".PNBRQK  pnbrqk  ");
74 }
75
76
77 /// CheckInfo c'tor
78
79 CheckInfo::CheckInfo(const Position& pos) {
80
81   Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
82   Square ksq = pos.king_square(them);
83
84   pinned = pos.pinned_pieces();
85   dcCandidates = pos.discovered_check_candidates();
86
87   checkSq[PAWN]   = pos.attacks_from<PAWN>(ksq, them);
88   checkSq[KNIGHT] = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq);
89   checkSq[BISHOP] = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
90   checkSq[ROOK]   = pos.attacks_from<ROOK>(ksq);
91   checkSq[QUEEN]  = checkSq[BISHOP] | checkSq[ROOK];
92   checkSq[KING]   = EmptyBoardBB;
93 }
94
95
96 /// Position c'tors. Here we always create a copy of the original position
97 /// or the FEN string, we want the new born Position object do not depend
98 /// on any external data so we detach state pointer from the source one.
99
100 Position::Position(const Position& pos, int th) {
101
102   memcpy(this, &pos, sizeof(Position));
103   detach(); // Always detach() in copy c'tor to avoid surprises
104   threadID = th;
105   nodes = 0;
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::detach() copies the content of the current state and castling
116 /// masks inside the position itself. This is needed when the st pointee could
117 /// become stale, as example because the caller is about to going out of scope.
118
119 void Position::detach() {
120
121   startState = *st;
122   st = &startState;
123   st->previous = NULL; // As a safe guard
124 }
125
126
127 /// Position::from_fen() initializes the position object with the given FEN
128 /// string. This function is not very robust - make sure that input FENs are
129 /// correct (this is assumed to be the responsibility of the GUI).
130
131 void Position::from_fen(const string& fenStr, bool isChess960) {
132 /*
133    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
134
135    A FEN string contains six fields. The separator between fields is a space. The fields are:
136
137    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting with rank 8 and ending
138       with rank 1; within each rank, the contents of each square are described from file A through file H.
139       Following the Standard Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
140       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case letters ("PNBRQK")
141       while Black take lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are noted using digits 1 through 8 (the number
142       of blank squares), and "/" separate ranks.
143
144    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
145
146    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise, this has one or more
147       letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White can castle queenside), "k" (Black can castle
148       kingside), and/or "q" (Black can castle queenside).
149
150    4) En passant target square in algebraic notation. If there's no en passant target square, this is "-".
151       If a pawn has just made a 2-square move, this is the position "behind" the pawn. This is recorded
152       regardless of whether there is a pawn in position to make an en passant capture.
153
154    5) Halfmove clock: This is the number of halfmoves since the last pawn advance or capture. This is used
155       to determine if a draw can be claimed under the fifty-move rule.
156
157    6) Fullmove number: The number of the full move. It starts at 1, and is incremented after Black's move.
158 */
159
160   char col, row, token;
161   size_t p;
162   Square sq = SQ_A8;
163   std::istringstream fen(fenStr);
164
165   clear();
166   fen >> std::noskipws;
167
168   // 1. Piece placement
169   while ((fen >> token) && !isspace(token))
170   {
171       if (token == '/')
172           sq -= Square(16); // Jump back of 2 rows
173
174       else if (isdigit(token))
175           sq += Square(token - '0'); // Skip the given number of files
176
177       else if ((p = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
178       {
179           put_piece(Piece(p), sq);
180           sq++;
181       }
182   }
183
184   // 2. Active color
185   fen >> token;
186   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
187   fen >> token;
188
189   // 3. Castling availability
190   while ((fen >> token) && !isspace(token))
191       set_castling_rights(token);
192
193   // 4. En passant square. Ignore if no pawn capture is possible
194   if (   ((fen >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
195       && ((fen >> row) && (row == '3' || row == '6')))
196   {
197       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
198       Color them = opposite_color(sideToMove);
199
200       if (!(attacks_from<PAWN>(st->epSquare, them) & pieces(PAWN, sideToMove)))
201           st->epSquare = SQ_NONE;
202   }
203
204   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
205   fen >> std::skipws >> st->rule50 >> fullMoves;
206
207   // Various initialisations
208   chess960 = isChess960;
209   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(opposite_color(sideToMove));
210
211   st->key = compute_key();
212   st->pawnKey = compute_pawn_key();
213   st->materialKey = compute_material_key();
214   st->value = compute_value();
215   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
216   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
217 }
218
219
220 /// Position::set_castle() is an helper function used to set
221 /// correct castling related flags.
222
223 void Position::set_castle(int f, Square ksq, Square rsq) {
224
225   st->castleRights |= f;
226   castleRightsMask[ksq] ^= f;
227   castleRightsMask[rsq] ^= f;
228   castleRookSquare[f] = rsq;
229 }
230
231
232 /// Position::set_castling_rights() sets castling parameters castling avaiability.
233 /// This function is compatible with 3 standards: Normal FEN standard, Shredder-FEN
234 /// that uses the letters of the columns on which the rooks began the game instead
235 /// of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960, if an inner Rook is
236 /// associated with the castling right, the traditional castling tag will be replaced
237 /// by the file letter of the involved rook as for the Shredder-FEN.
238
239 void Position::set_castling_rights(char token) {
240
241     Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
242
243     Square sqA = relative_square(c, SQ_A1);
244     Square sqH = relative_square(c, SQ_H1);
245     Square rsq, ksq = king_square(c);
246
247     token = char(toupper(token));
248
249     if (token == 'K')
250         for (rsq = sqH; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq--) {}
251
252     else if (token == 'Q')
253         for (rsq = sqA; piece_on(rsq) != make_piece(c, ROOK); rsq++) {}
254
255     else if (token >= 'A' && token <= 'H')
256         rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
257
258     else return;
259
260     if (square_file(rsq) < square_file(ksq))
261         set_castle(WHITE_OOO << c, ksq, rsq);
262     else
263         set_castle(WHITE_OO << c, ksq, rsq);
264 }
265
266
267 /// Position::to_fen() returns a FEN representation of the position. In case
268 /// of Chess960 the Shredder-FEN notation is used. Mainly a debugging function.
269
270 const string Position::to_fen() const {
271
272   std::ostringstream fen;
273   Square sq;
274   int emptyCnt;
275
276   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
277   {
278       emptyCnt = 0;
279
280       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
281       {
282           sq = make_square(file, rank);
283
284           if (!square_is_empty(sq))
285           {
286               if (emptyCnt)
287               {
288                   fen << emptyCnt;
289                   emptyCnt = 0;
290               }
291               fen << PieceToChar[piece_on(sq)];
292           }
293           else
294               emptyCnt++;
295       }
296
297       if (emptyCnt)
298           fen << emptyCnt;
299
300       if (rank > RANK_1)
301           fen << '/';
302   }
303
304   fen << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
305
306   if (st->castleRights != CASTLES_NONE)
307   {
308       if (can_castle(WHITE_OO))
309           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(square_file(castle_rook_square(WHITE_OO))))) : 'K');
310
311       if (can_castle(WHITE_OOO))
312           fen << (chess960 ? char(toupper(file_to_char(square_file(castle_rook_square(WHITE_OOO))))) : 'Q');
313
314       if (can_castle(BLACK_OO))
315           fen << (chess960 ? file_to_char(square_file(castle_rook_square(BLACK_OO))) : 'k');
316
317       if (can_castle(BLACK_OOO))
318           fen << (chess960 ? file_to_char(square_file(castle_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
319   } else
320       fen << '-';
321
322   fen << (ep_square() == SQ_NONE ? " -" : " " + square_to_string(ep_square()))
323       << " " << st->rule50 << " " << fullMoves;
324
325   return fen.str();
326 }
327
328
329 /// Position::print() prints an ASCII representation of the position to
330 /// the standard output. If a move is given then also the san is printed.
331
332 void Position::print(Move move) const {
333
334   const char* dottedLine = "\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
335
336   if (move)
337   {
338       Position p(*this, thread());
339       string dd = (sideToMove == BLACK ? ".." : "");
340       cout << "\nMove is: " << dd << move_to_san(p, move);
341   }
342
343   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
344   {
345       cout << dottedLine << '|';
346       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
347       {
348           Square sq = make_square(file, rank);
349           Piece piece = piece_on(sq);
350
351           if (piece == PIECE_NONE && square_color(sq) == DARK)
352               piece = PIECE_NONE_DARK_SQ;
353
354           char c = (piece_color(piece_on(sq)) == BLACK ? '=' : ' ');
355           cout << c << PieceToChar[piece] << c << '|';
356       }
357   }
358   cout << dottedLine << "Fen is: " << to_fen() << "\nKey is: " << st->key << endl;
359 }
360
361
362 /// Position:hidden_checkers<>() returns a bitboard of all pinned (against the
363 /// king) pieces for the given color. Or, when template parameter FindPinned is
364 /// false, the function return the pieces of the given color candidate for a
365 /// discovery check against the enemy king.
366
367 template<bool FindPinned>
368 Bitboard Position::hidden_checkers() const {
369
370   // Pinned pieces protect our king, dicovery checks attack the enemy king
371   Bitboard b, result = EmptyBoardBB;
372   Bitboard pinners = pieces(FindPinned ? opposite_color(sideToMove) : sideToMove);
373   Square ksq = king_square(FindPinned ? sideToMove : opposite_color(sideToMove));
374
375   // Pinners are sliders, that give check when candidate pinned is removed
376   pinners &=  (pieces(ROOK, QUEEN) & RookPseudoAttacks[ksq])
377             | (pieces(BISHOP, QUEEN) & BishopPseudoAttacks[ksq]);
378
379   while (pinners)
380   {
381       b = squares_between(ksq, pop_1st_bit(&pinners)) & occupied_squares();
382
383       // Only one bit set and is an our piece?
384       if (b && !(b & (b - 1)) && (b & pieces(sideToMove)))
385           result |= b;
386   }
387   return result;
388 }
389
390
391 /// Position:pinned_pieces() returns a bitboard of all pinned (against the
392 /// king) pieces for the side to move.
393
394 Bitboard Position::pinned_pieces() const {
395
396   return hidden_checkers<true>();
397 }
398
399
400 /// Position:discovered_check_candidates() returns a bitboard containing all
401 /// pieces for the side to move which are candidates for giving a discovered
402 /// check.
403
404 Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
405
406   return hidden_checkers<false>();
407 }
408
409 /// Position::attackers_to() computes a bitboard containing all pieces which
410 /// attacks a given square.
411
412 Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
413
414   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
415         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
416         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
417         | (attacks_from<ROOK>(s)        & pieces(ROOK, QUEEN))
418         | (attacks_from<BISHOP>(s)      & pieces(BISHOP, QUEEN))
419         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
420 }
421
422 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occ) const {
423
424   return  (attacks_from<PAWN>(s, BLACK) & pieces(PAWN, WHITE))
425         | (attacks_from<PAWN>(s, WHITE) & pieces(PAWN, BLACK))
426         | (attacks_from<KNIGHT>(s)      & pieces(KNIGHT))
427         | (rook_attacks_bb(s, occ)      & pieces(ROOK, QUEEN))
428         | (bishop_attacks_bb(s, occ)    & pieces(BISHOP, QUEEN))
429         | (attacks_from<KING>(s)        & pieces(KING));
430 }
431
432 /// Position::attacks_from() computes a bitboard of all attacks
433 /// of a given piece put in a given square.
434
435 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s) const {
436
437   assert(square_is_ok(s));
438
439   switch (p)
440   {
441   case WB: case BB: return attacks_from<BISHOP>(s);
442   case WR: case BR: return attacks_from<ROOK>(s);
443   case WQ: case BQ: return attacks_from<QUEEN>(s);
444   default: return StepAttacksBB[p][s];
445   }
446 }
447
448 Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ) {
449
450   assert(square_is_ok(s));
451
452   switch (p)
453   {
454   case WB: case BB: return bishop_attacks_bb(s, occ);
455   case WR: case BR: return rook_attacks_bb(s, occ);
456   case WQ: case BQ: return bishop_attacks_bb(s, occ) | rook_attacks_bb(s, occ);
457   default: return StepAttacksBB[p][s];
458   }
459 }
460
461
462 /// Position::move_attacks_square() tests whether a move from the current
463 /// position attacks a given square.
464
465 bool Position::move_attacks_square(Move m, Square s) const {
466
467   assert(move_is_ok(m));
468   assert(square_is_ok(s));
469
470   Bitboard occ, xray;
471   Square f = move_from(m), t = move_to(m);
472
473   assert(!square_is_empty(f));
474
475   if (bit_is_set(attacks_from(piece_on(f), t), s))
476       return true;
477
478   // Move the piece and scan for X-ray attacks behind it
479   occ = occupied_squares();
480   do_move_bb(&occ, make_move_bb(f, t));
481   xray = ( (rook_attacks_bb(s, occ)   & pieces(ROOK, QUEEN))
482           |(bishop_attacks_bb(s, occ) & pieces(BISHOP, QUEEN)))
483          & pieces(piece_color(piece_on(f)));
484
485   // If we have attacks we need to verify that are caused by our move
486   // and are not already existent ones.
487   return xray && (xray ^ (xray & attacks_from<QUEEN>(s)));
488 }
489
490
491 /// Position::pl_move_is_legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
492
493 bool Position::pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const {
494
495   assert(is_ok());
496   assert(move_is_ok(m));
497   assert(pinned == pinned_pieces());
498
499   Color us = side_to_move();
500   Square from = move_from(m);
501
502   assert(piece_color(piece_on(from)) == us);
503   assert(piece_on(king_square(us)) == make_piece(us, KING));
504
505   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
506   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
507   // the move is made.
508   if (move_is_ep(m))
509   {
510       Color them = opposite_color(us);
511       Square to = move_to(m);
512       Square capsq = to + pawn_push(them);
513       Square ksq = king_square(us);
514       Bitboard b = occupied_squares();
515
516       assert(to == ep_square());
517       assert(piece_on(from) == make_piece(us, PAWN));
518       assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
519       assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
520
521       clear_bit(&b, from);
522       clear_bit(&b, capsq);
523       set_bit(&b, to);
524
525       return   !(rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, them))
526             && !(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, them));
527   }
528
529   // If the moving piece is a king, check whether the destination
530   // square is attacked by the opponent. Castling moves are checked
531   // for legality during move generation.
532   if (piece_type(piece_on(from)) == KING)
533       return move_is_castle(m) || !(attackers_to(move_to(m)) & pieces(opposite_color(us)));
534
535   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
536   // is moving along the ray towards or away from the king.
537   return   !pinned
538         || !bit_is_set(pinned, from)
539         ||  squares_aligned(from, move_to(m), king_square(us));
540 }
541
542
543 /// Position::move_is_legal() takes a move and tests whether the move
544 /// is legal. This version is not very fast and should be used only
545 /// in non time-critical paths.
546
547 bool Position::move_is_legal(const Move m) const {
548
549   for (MoveList<MV_LEGAL> ml(*this); !ml.end(); ++ml)
550       if (ml.move() == m)
551           return true;
552
553   return false;
554 }
555
556
557 /// Fast version of Position::move_is_pl() that takes a move and a bitboard
558 /// of pinned pieces as input, and tests whether the move is pseudo legal.
559
560 bool Position::move_is_pl(const Move m) const {
561
562   assert(is_ok());
563
564   Color us = sideToMove;
565   Color them = opposite_color(sideToMove);
566   Square from = move_from(m);
567   Square to = move_to(m);
568   Piece pc = piece_on(from);
569
570   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
571   if (move_is_special(m))
572       return move_is_legal(m);
573
574   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
575   if (promotion_piece_type(m) - 2 != PIECE_TYPE_NONE)
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 == PIECE_NONE || piece_color(pc) != us)
581       return false;
582
583   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
584   if (piece_color(piece_on(to)) == us)
585       return false;
586
587   // Handle the special case of a pawn move
588   if (piece_type(pc) == PAWN)
589   {
590       // Move direction must be compatible with pawn color
591       int direction = to - from;
592       if ((us == WHITE) != (direction > 0))
593           return false;
594
595       // We have already handled promotion moves, so destination
596       // cannot be on the 8/1th rank.
597       if (square_rank(to) == RANK_8 || square_rank(to) == RANK_1)
598           return false;
599
600       // Proceed according to the square delta between the origin and
601       // destination squares.
602       switch (direction)
603       {
604       case DELTA_NW:
605       case DELTA_NE:
606       case DELTA_SW:
607       case DELTA_SE:
608       // Capture. The destination square must be occupied by an enemy
609       // piece (en passant captures was handled earlier).
610       if (piece_color(piece_on(to)) != them)
611           return false;
612
613       // From and to files must be one file apart, avoids a7h5
614       if (abs(square_file(from) - square_file(to)) != 1)
615           return false;
616       break;
617
618       case DELTA_N:
619       case DELTA_S:
620       // Pawn push. The destination square must be empty.
621       if (!square_is_empty(to))
622           return false;
623       break;
624
625       case DELTA_NN:
626       // Double white pawn push. The destination square must be on the fourth
627       // rank, and both the destination square and the square between the
628       // source and destination squares must be empty.
629       if (   square_rank(to) != RANK_4
630           || !square_is_empty(to)
631           || !square_is_empty(from + DELTA_N))
632           return false;
633       break;
634
635       case DELTA_SS:
636       // Double black pawn push. The destination square must be on the fifth
637       // rank, and both the destination square and the square between the
638       // source and destination squares must be empty.
639       if (   square_rank(to) != RANK_5
640           || !square_is_empty(to)
641           || !square_is_empty(from + DELTA_S))
642           return false;
643       break;
644
645       default:
646           return false;
647       }
648   }
649   else if (!bit_is_set(attacks_from(pc, from), to))
650       return false;
651
652   if (in_check())
653   {
654       // In case of king moves under check we have to remove king so to catch
655       // as invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
656       if (piece_type(piece_on(from)) == KING)
657       {
658           Bitboard b = occupied_squares();
659           clear_bit(&b, from);
660           if (attackers_to(move_to(m), b) & pieces(opposite_color(us)))
661               return false;
662       }
663       else
664       {
665           Bitboard target = checkers();
666           Square checksq = pop_1st_bit(&target);
667
668           if (target) // double check ? In this case a king move is required
669               return false;
670
671           // Our move must be a blocking evasion or a capture of the checking piece
672           target = squares_between(checksq, king_square(us)) | checkers();
673           if (!bit_is_set(target, move_to(m)))
674               return false;
675       }
676   }
677
678   return true;
679 }
680
681
682 /// Position::move_gives_check() tests whether a pseudo-legal move is a check
683
684 bool Position::move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const {
685
686   assert(is_ok());
687   assert(move_is_ok(m));
688   assert(ci.dcCandidates == discovered_check_candidates());
689   assert(piece_color(piece_on(move_from(m))) == side_to_move());
690
691   Square from = move_from(m);
692   Square to = move_to(m);
693   PieceType pt = piece_type(piece_on(from));
694
695   // Direct check ?
696   if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
697       return true;
698
699   // Discovery check ?
700   if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
701   {
702       // For pawn and king moves we need to verify also direction
703       if (  (pt != PAWN && pt != KING)
704           || !squares_aligned(from, to, king_square(opposite_color(side_to_move()))))
705           return true;
706   }
707
708   // Can we skip the ugly special cases ?
709   if (!move_is_special(m))
710       return false;
711
712   Color us = side_to_move();
713   Bitboard b = occupied_squares();
714   Square ksq = king_square(opposite_color(us));
715
716   // Promotion with check ?
717   if (move_is_promotion(m))
718   {
719       clear_bit(&b, from);
720
721       switch (promotion_piece_type(m))
722       {
723       case KNIGHT:
724           return bit_is_set(attacks_from<KNIGHT>(to), ksq);
725       case BISHOP:
726           return bit_is_set(bishop_attacks_bb(to, b), ksq);
727       case ROOK:
728           return bit_is_set(rook_attacks_bb(to, b), ksq);
729       case QUEEN:
730           return bit_is_set(queen_attacks_bb(to, b), ksq);
731       default:
732           assert(false);
733       }
734   }
735
736   // En passant capture with check ? We have already handled the case
737   // of direct checks and ordinary discovered check, the only case we
738   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
739   // the captured pawn.
740   if (move_is_ep(m))
741   {
742       Square capsq = make_square(square_file(to), square_rank(from));
743       clear_bit(&b, from);
744       clear_bit(&b, capsq);
745       set_bit(&b, to);
746       return  (rook_attacks_bb(ksq, b) & pieces(ROOK, QUEEN, us))
747             ||(bishop_attacks_bb(ksq, b) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
748   }
749
750   // Castling with check ?
751   if (move_is_castle(m))
752   {
753       Square kfrom, kto, rfrom, rto;
754       kfrom = from;
755       rfrom = to;
756
757       if (rfrom > kfrom)
758       {
759           kto = relative_square(us, SQ_G1);
760           rto = relative_square(us, SQ_F1);
761       } else {
762           kto = relative_square(us, SQ_C1);
763           rto = relative_square(us, SQ_D1);
764       }
765       clear_bit(&b, kfrom);
766       clear_bit(&b, rfrom);
767       set_bit(&b, rto);
768       set_bit(&b, kto);
769       return bit_is_set(rook_attacks_bb(rto, b), ksq);
770   }
771
772   return false;
773 }
774
775
776 /// Position::do_setup_move() makes a permanent move on the board. It should
777 /// be used when setting up a position on board. You can't undo the move.
778
779 void Position::do_setup_move(Move m) {
780
781   StateInfo newSt;
782
783   // Update the number of full moves after black's move
784   if (sideToMove == BLACK)
785       fullMoves++;
786
787   do_move(m, newSt);
788
789   // Reset "game ply" in case we made a non-reversible move.
790   // "game ply" is used for repetition detection.
791   if (st->rule50 == 0)
792       st->gamePly = 0;
793
794   // Our StateInfo newSt is about going out of scope so copy
795   // its content before it disappears.
796   detach();
797 }
798
799
800 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
801 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
802 /// moves should be filtered out before this function is called.
803
804 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
805
806   CheckInfo ci(*this);
807   do_move(m, newSt, ci, move_gives_check(m, ci));
808 }
809
810 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck) {
811
812   assert(is_ok());
813   assert(move_is_ok(m));
814   assert(&newSt != st);
815
816   nodes++;
817   Key key = st->key;
818
819   // Copy some fields of old state to our new StateInfo object except the
820   // ones which are recalculated from scratch anyway, then switch our state
821   // pointer to point to the new, ready to be updated, state.
822   struct ReducedStateInfo {
823     Key pawnKey, materialKey;
824     int castleRights, rule50, gamePly, pliesFromNull;
825     Square epSquare;
826     Score value;
827     Value npMaterial[2];
828   };
829
830   memcpy(&newSt, st, sizeof(ReducedStateInfo));
831
832   newSt.previous = st;
833   st = &newSt;
834
835   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
836   // detect repetition draws.
837   history[st->gamePly++] = key;
838
839   // Update side to move
840   key ^= zobSideToMove;
841
842   // Increment the 50 moves rule draw counter. Resetting it to zero in the
843   // case of non-reversible moves is taken care of later.
844   st->rule50++;
845   st->pliesFromNull++;
846
847   if (move_is_castle(m))
848   {
849       st->key = key;
850       do_castle_move(m);
851       return;
852   }
853
854   Color us = side_to_move();
855   Color them = opposite_color(us);
856   Square from = move_from(m);
857   Square to = move_to(m);
858   bool ep = move_is_ep(m);
859   bool pm = move_is_promotion(m);
860
861   Piece piece = piece_on(from);
862   PieceType pt = piece_type(piece);
863   PieceType capture = ep ? PAWN : piece_type(piece_on(to));
864
865   assert(piece_color(piece_on(from)) == us);
866   assert(piece_color(piece_on(to)) == them || square_is_empty(to));
867   assert(!(ep || pm) || piece == make_piece(us, PAWN));
868   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
869
870   if (capture)
871       do_capture_move(key, capture, them, to, ep);
872
873   // Update hash key
874   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
875
876   // Reset en passant square
877   if (st->epSquare != SQ_NONE)
878   {
879       key ^= zobEp[st->epSquare];
880       st->epSquare = SQ_NONE;
881   }
882
883   // Update castle rights if needed
884   if (    st->castleRights != CASTLES_NONE
885       && (castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to]) != ALL_CASTLES)
886   {
887       key ^= zobCastle[st->castleRights];
888       st->castleRights &= castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
889       key ^= zobCastle[st->castleRights];
890   }
891
892   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
893   prefetch((char*)TT.first_entry(key));
894
895   // Move the piece
896   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
897   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
898   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
899   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
900
901   board[to] = board[from];
902   board[from] = PIECE_NONE;
903
904   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
905   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
906   // by known occupied squares.
907   index[to] = index[from];
908   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
909
910   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
911   if (pt == PAWN)
912   {
913       // Reset rule 50 draw counter
914       st->rule50 = 0;
915
916       // Update pawn hash key and prefetch in L1/L2 cache
917       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
918
919       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
920       if ((to ^ from) == 16)
921       {
922           if (attacks_from<PAWN>(from + pawn_push(us), us) & pieces(PAWN, them))
923           {
924               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
925               key ^= zobEp[st->epSquare];
926           }
927       }
928
929       if (pm) // promotion ?
930       {
931           PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
932
933           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
934
935           // Insert promoted piece instead of pawn
936           clear_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
937           set_bit(&byTypeBB[promotion], to);
938           board[to] = make_piece(us, promotion);
939
940           // Update piece counts
941           pieceCount[us][promotion]++;
942           pieceCount[us][PAWN]--;
943
944           // Update material key
945           st->materialKey ^= zobrist[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
946           st->materialKey ^= zobrist[us][promotion][pieceCount[us][promotion]-1];
947
948           // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
949           // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
950           Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
951           index[lastPawnSquare] = index[to];
952           pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
953           pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
954           index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
955           pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
956
957           // Partially revert hash keys update
958           key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
959           st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
960
961           // Partially revert and update incremental scores
962           st->value -= pst(make_piece(us, PAWN), to);
963           st->value += pst(make_piece(us, promotion), to);
964
965           // Update material
966           st->npMaterial[us] += PieceValueMidgame[promotion];
967       }
968   }
969
970   // Prefetch pawn and material hash tables
971   Threads[threadID].pawnTable.prefetch(st->pawnKey);
972   Threads[threadID].materialTable.prefetch(st->materialKey);
973
974   // Update incremental scores
975   st->value += pst_delta(piece, from, to);
976
977   // Set capture piece
978   st->capturedType = capture;
979
980   // Update the key with the final value
981   st->key = key;
982
983   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
984   st->checkersBB = EmptyBoardBB;
985
986   if (moveIsCheck)
987   {
988       if (ep | pm)
989           st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
990       else
991       {
992           // Direct checks
993           if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
994               st->checkersBB = SetMaskBB[to];
995
996           // Discovery checks
997           if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
998           {
999               if (pt != ROOK)
1000                   st->checkersBB |= (attacks_from<ROOK>(king_square(them)) & pieces(ROOK, QUEEN, us));
1001
1002               if (pt != BISHOP)
1003                   st->checkersBB |= (attacks_from<BISHOP>(king_square(them)) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
1004           }
1005       }
1006   }
1007
1008   // Finish
1009   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1010   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1011
1012   assert(is_ok());
1013 }
1014
1015
1016 /// Position::do_capture_move() is a private method used to update captured
1017 /// piece info. It is called from the main Position::do_move function.
1018
1019 void Position::do_capture_move(Key& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep) {
1020
1021     assert(capture != KING);
1022
1023     Square capsq = to;
1024
1025     // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key,
1026     // otherwise update non-pawn material.
1027     if (capture == PAWN)
1028     {
1029         if (ep) // en passant ?
1030         {
1031             capsq = to + pawn_push(them);
1032
1033             assert(to == st->epSquare);
1034             assert(relative_rank(opposite_color(them), to) == RANK_6);
1035             assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
1036             assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
1037
1038             board[capsq] = PIECE_NONE;
1039         }
1040         st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
1041     }
1042     else
1043         st->npMaterial[them] -= PieceValueMidgame[capture];
1044
1045     // Remove captured piece
1046     clear_bit(&byColorBB[them], capsq);
1047     clear_bit(&byTypeBB[capture], capsq);
1048     clear_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1049
1050     // Update hash key
1051     key ^= zobrist[them][capture][capsq];
1052
1053     // Update incremental scores
1054     st->value -= pst(make_piece(them, capture), capsq);
1055
1056     // Update piece count
1057     pieceCount[them][capture]--;
1058
1059     // Update material hash key
1060     st->materialKey ^= zobrist[them][capture][pieceCount[them][capture]];
1061
1062     // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
1063     //
1064     // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
1065     // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
1066     // at the end of the list and not in its original place, it means
1067     // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
1068     // do_move() + undo_move() sequence.
1069     Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
1070     index[lastPieceSquare] = index[capsq];
1071     pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
1072     pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
1073
1074     // Reset rule 50 counter
1075     st->rule50 = 0;
1076 }
1077
1078
1079 /// Position::do_castle_move() is a private method used to make a castling
1080 /// move. It is called from the main Position::do_move function. Note that
1081 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1082 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1083
1084 void Position::do_castle_move(Move m) {
1085
1086   assert(move_is_ok(m));
1087   assert(move_is_castle(m));
1088
1089   Color us = side_to_move();
1090   Color them = opposite_color(us);
1091
1092   // Find source squares for king and rook
1093   Square kfrom = move_from(m);
1094   Square rfrom = move_to(m);
1095   Square kto, rto;
1096
1097   assert(piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
1098   assert(piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
1099
1100   // Find destination squares for king and rook
1101   if (rfrom > kfrom) // O-O
1102   {
1103       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1104       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1105   }
1106   else // O-O-O
1107   {
1108       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1109       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1110   }
1111
1112   // Remove pieces from source squares
1113   clear_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1114   clear_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1115   clear_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1116   clear_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1117   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1118   clear_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1119
1120   // Put pieces on destination squares
1121   set_bit(&byColorBB[us], kto);
1122   set_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1123   set_bit(&byTypeBB[0], kto);
1124   set_bit(&byColorBB[us], rto);
1125   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1126   set_bit(&byTypeBB[0], rto);
1127
1128   // Update board
1129   Piece king = make_piece(us, KING);
1130   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1131   board[kfrom] = board[rfrom] = PIECE_NONE;
1132   board[kto] = king;
1133   board[rto] = rook;
1134
1135   // Update piece lists
1136   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1137   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1138   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be kto == rfrom
1139   index[kto] = index[kfrom];
1140   index[rto] = tmp;
1141
1142   // Reset capture field
1143   st->capturedType = PIECE_TYPE_NONE;
1144
1145   // Update incremental scores
1146   st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1147   st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1148
1149   // Update hash key
1150   st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1151   st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1152
1153   // Clear en passant square
1154   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1155   {
1156       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1157       st->epSquare = SQ_NONE;
1158   }
1159
1160   // Update castling rights
1161   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1162   st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1163   st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1164
1165   // Reset rule 50 counter
1166   st->rule50 = 0;
1167
1168   // Update checkers BB
1169   st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
1170
1171   // Finish
1172   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1173   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1174
1175   assert(is_ok());
1176 }
1177
1178
1179 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1180 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1181
1182 void Position::undo_move(Move m) {
1183
1184   assert(is_ok());
1185   assert(move_is_ok(m));
1186
1187   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1188
1189   if (move_is_castle(m))
1190   {
1191       undo_castle_move(m);
1192       return;
1193   }
1194
1195   Color us = side_to_move();
1196   Color them = opposite_color(us);
1197   Square from = move_from(m);
1198   Square to = move_to(m);
1199   bool ep = move_is_ep(m);
1200   bool pm = move_is_promotion(m);
1201
1202   PieceType pt = piece_type(piece_on(to));
1203
1204   assert(square_is_empty(from));
1205   assert(piece_color(piece_on(to)) == us);
1206   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1207   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1208   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1209   assert(!ep || piece_on(to) == make_piece(us, PAWN));
1210
1211   if (pm) // promotion ?
1212   {
1213       PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
1214       pt = PAWN;
1215
1216       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1217       assert(piece_on(to) == make_piece(us, promotion));
1218
1219       // Replace promoted piece with a pawn
1220       clear_bit(&byTypeBB[promotion], to);
1221       set_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
1222
1223       // Update piece counts
1224       pieceCount[us][promotion]--;
1225       pieceCount[us][PAWN]++;
1226
1227       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1228       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1229       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1230       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1231       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1232       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1233       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1234   }
1235
1236   // Put the piece back at the source square
1237   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1238   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
1239   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
1240   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1241
1242   board[from] = make_piece(us, pt);
1243   board[to] = PIECE_NONE;
1244
1245   // Update piece list
1246   index[from] = index[to];
1247   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1248
1249   if (st->capturedType)
1250   {
1251       Square capsq = to;
1252
1253       if (ep)
1254           capsq = to - pawn_push(us);
1255
1256       assert(st->capturedType != KING);
1257       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1258
1259       // Restore the captured piece
1260       set_bit(&byColorBB[them], capsq);
1261       set_bit(&byTypeBB[st->capturedType], capsq);
1262       set_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1263
1264       board[capsq] = make_piece(them, st->capturedType);
1265
1266       // Update piece count
1267       pieceCount[them][st->capturedType]++;
1268
1269       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1270       index[capsq] = pieceCount[them][st->capturedType] - 1;
1271       pieceList[them][st->capturedType][index[capsq]] = capsq;
1272   }
1273
1274   // Finally point our state pointer back to the previous state
1275   st = st->previous;
1276
1277   assert(is_ok());
1278 }
1279
1280
1281 /// Position::undo_castle_move() is a private method used to unmake a castling
1282 /// move. It is called from the main Position::undo_move function. Note that
1283 /// castling moves are encoded as "king captures friendly rook" moves, for
1284 /// instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded as e1h1.
1285
1286 void Position::undo_castle_move(Move m) {
1287
1288   assert(move_is_ok(m));
1289   assert(move_is_castle(m));
1290
1291   // When we have arrived here, some work has already been done by
1292   // Position::undo_move. In particular, the side to move has been switched,
1293   // so the code below is correct.
1294   Color us = side_to_move();
1295
1296   // Find source squares for king and rook
1297   Square kfrom = move_from(m);
1298   Square rfrom = move_to(m);
1299   Square kto, rto;
1300
1301   // Find destination squares for king and rook
1302   if (rfrom > kfrom) // O-O
1303   {
1304       kto = relative_square(us, SQ_G1);
1305       rto = relative_square(us, SQ_F1);
1306   }
1307   else // O-O-O
1308   {
1309       kto = relative_square(us, SQ_C1);
1310       rto = relative_square(us, SQ_D1);
1311   }
1312
1313   assert(piece_on(kto) == make_piece(us, KING));
1314   assert(piece_on(rto) == make_piece(us, ROOK));
1315
1316   // Remove pieces from destination squares
1317   clear_bit(&byColorBB[us], kto);
1318   clear_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1319   clear_bit(&byTypeBB[0], kto);
1320   clear_bit(&byColorBB[us], rto);
1321   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1322   clear_bit(&byTypeBB[0], rto);
1323
1324   // Put pieces on source squares
1325   set_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1326   set_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1327   set_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1328   set_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1329   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1330   set_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1331
1332   // Update board
1333   Piece king = make_piece(us, KING);
1334   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1335   board[kto] = board[rto] = PIECE_NONE;
1336   board[kfrom] = king;
1337   board[rfrom] = rook;
1338
1339   // Update piece lists
1340   pieceList[us][KING][index[kto]] = kfrom;
1341   pieceList[us][ROOK][index[rto]] = rfrom;
1342   int tmp = index[rto];  // In Chess960 could be rto == kfrom
1343   index[kfrom] = index[kto];
1344   index[rfrom] = tmp;
1345
1346   // Finally point our state pointer back to the previous state
1347   st = st->previous;
1348
1349   assert(is_ok());
1350 }
1351
1352
1353 /// Position::do_null_move makes() a "null move": It switches the side to move
1354 /// and updates the hash key without executing any move on the board.
1355
1356 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1357
1358   assert(is_ok());
1359   assert(!in_check());
1360
1361   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1362   // StateInfo object.
1363   // Note that differently from normal case here backupSt is actually used as
1364   // a backup storage not as a new state to be used.
1365   backupSt.key      = st->key;
1366   backupSt.epSquare = st->epSquare;
1367   backupSt.value    = st->value;
1368   backupSt.previous = st->previous;
1369   backupSt.pliesFromNull = st->pliesFromNull;
1370   st->previous = &backupSt;
1371
1372   // Save the current key to the history[] array, in order to be able to
1373   // detect repetition draws.
1374   history[st->gamePly++] = st->key;
1375
1376   // Update the necessary information
1377   if (st->epSquare != SQ_NONE)
1378       st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1379
1380   st->key ^= zobSideToMove;
1381   prefetch((char*)TT.first_entry(st->key));
1382
1383   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1384   st->epSquare = SQ_NONE;
1385   st->rule50++;
1386   st->pliesFromNull = 0;
1387   st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1388 }
1389
1390
1391 /// Position::undo_null_move() unmakes a "null move".
1392
1393 void Position::undo_null_move() {
1394
1395   assert(is_ok());
1396   assert(!in_check());
1397
1398   // Restore information from the our backup StateInfo object
1399   StateInfo* backupSt = st->previous;
1400   st->key      = backupSt->key;
1401   st->epSquare = backupSt->epSquare;
1402   st->value    = backupSt->value;
1403   st->previous = backupSt->previous;
1404   st->pliesFromNull = backupSt->pliesFromNull;
1405
1406   // Update the necessary information
1407   sideToMove = opposite_color(sideToMove);
1408   st->rule50--;
1409   st->gamePly--;
1410 }
1411
1412
1413 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1414 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1415 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1416 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1417 /// not yet understand promotions captures.
1418
1419 int Position::see_sign(Move m) const {
1420
1421   assert(move_is_ok(m));
1422
1423   Square from = move_from(m);
1424   Square to = move_to(m);
1425
1426   // Early return if SEE cannot be negative because captured piece value
1427   // is not less then capturing one. Note that king moves always return
1428   // here because king midgame value is set to 0.
1429   if (piece_value_midgame(piece_on(to)) >= piece_value_midgame(piece_on(from)))
1430       return 1;
1431
1432   return see(m);
1433 }
1434
1435 int Position::see(Move m) const {
1436
1437   Square from, to;
1438   Bitboard occupied, attackers, stmAttackers, b;
1439   int swapList[32], slIndex = 1;
1440   PieceType capturedType, pt;
1441   Color stm;
1442
1443   assert(move_is_ok(m));
1444
1445   // As castle moves are implemented as capturing the rook, they have
1446   // SEE == RookValueMidgame most of the times (unless the rook is under
1447   // attack).
1448   if (move_is_castle(m))
1449       return 0;
1450
1451   from = move_from(m);
1452   to = move_to(m);
1453   capturedType = piece_type(piece_on(to));
1454   occupied = occupied_squares();
1455
1456   // Handle en passant moves
1457   if (st->epSquare == to && piece_type(piece_on(from)) == PAWN)
1458   {
1459       Square capQq = to - pawn_push(side_to_move());
1460
1461       assert(capturedType == PIECE_TYPE_NONE);
1462       assert(piece_type(piece_on(capQq)) == PAWN);
1463
1464       // Remove the captured pawn
1465       clear_bit(&occupied, capQq);
1466       capturedType = PAWN;
1467   }
1468
1469   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1470   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1471   clear_bit(&occupied, from);
1472   attackers = attackers_to(to, occupied);
1473
1474   // If the opponent has no attackers we are finished
1475   stm = opposite_color(piece_color(piece_on(from)));
1476   stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1477   if (!stmAttackers)
1478       return PieceValueMidgame[capturedType];
1479
1480   // The destination square is defended, which makes things rather more
1481   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1482   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1483   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1484   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1485   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1486   swapList[0] = PieceValueMidgame[capturedType];
1487   capturedType = piece_type(piece_on(from));
1488
1489   do {
1490       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1491       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1492       // that the side to move still has at least one attacker left.
1493       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1494           assert(pt < KING);
1495
1496       // Remove the attacker we just found from the 'occupied' bitboard,
1497       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1498       b = stmAttackers & pieces(pt);
1499       occupied ^= (b & (~b + 1));
1500       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occupied)   & pieces(ROOK, QUEEN))
1501                   | (bishop_attacks_bb(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1502
1503       attackers &= occupied; // Cut out pieces we've already done
1504
1505       // Add the new entry to the swap list
1506       assert(slIndex < 32);
1507       swapList[slIndex] = -swapList[slIndex - 1] + PieceValueMidgame[capturedType];
1508       slIndex++;
1509
1510       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to
1511       // move before beginning the next iteration.
1512       capturedType = pt;
1513       stm = opposite_color(stm);
1514       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1515
1516       // Stop before processing a king capture
1517       if (capturedType == KING && stmAttackers)
1518       {
1519           assert(slIndex < 32);
1520           swapList[slIndex++] = QueenValueMidgame*10;
1521           break;
1522       }
1523   } while (stmAttackers);
1524
1525   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1526   // achievable score from the point of view of the side to move.
1527   while (--slIndex)
1528       swapList[slIndex-1] = Min(-swapList[slIndex], swapList[slIndex-1]);
1529
1530   return swapList[0];
1531 }
1532
1533
1534 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1535 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1536
1537 void Position::clear() {
1538
1539   st = &startState;
1540   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1541   st->epSquare = SQ_NONE;
1542
1543   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1544   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1545   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1546   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1547
1548   for (int i = 0; i < 8; i++)
1549       for (int j = 0; j < 16; j++)
1550           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1551
1552   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1553   {
1554       board[sq] = PIECE_NONE;
1555       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1556   }
1557   sideToMove = WHITE;
1558   fullMoves = 1;
1559   nodes = 0;
1560 }
1561
1562
1563 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1564 /// updating the board array, pieces list, bitboards, and piece counts.
1565
1566 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1567
1568   Color c = piece_color(p);
1569   PieceType pt = piece_type(p);
1570
1571   board[s] = p;
1572   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
1573   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1574
1575   set_bit(&byTypeBB[pt], s);
1576   set_bit(&byColorBB[c], s);
1577   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1578 }
1579
1580
1581 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1582 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1583 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1584 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1585
1586 Key Position::compute_key() const {
1587
1588   Key result = zobCastle[st->castleRights];
1589
1590   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1591       if (!square_is_empty(s))
1592           result ^= zobrist[piece_color(piece_on(s))][piece_type(piece_on(s))][s];
1593
1594   if (ep_square() != SQ_NONE)
1595       result ^= zobEp[ep_square()];
1596
1597   if (side_to_move() == BLACK)
1598       result ^= zobSideToMove;
1599
1600   return result;
1601 }
1602
1603
1604 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1605 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1606 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1607 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1608 /// debug mode.
1609
1610 Key Position::compute_pawn_key() const {
1611
1612   Bitboard b;
1613   Key result = 0;
1614
1615   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1616   {
1617       b = pieces(PAWN, c);
1618       while (b)
1619           result ^= zobrist[c][PAWN][pop_1st_bit(&b)];
1620   }
1621   return result;
1622 }
1623
1624
1625 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1626 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1627 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1628 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1629 /// debug mode.
1630
1631 Key Position::compute_material_key() const {
1632
1633   Key result = 0;
1634
1635   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1636       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1637           for (int i = 0, cnt = piece_count(c, pt); i < cnt; i++)
1638               result ^= zobrist[c][pt][i];
1639
1640   return result;
1641 }
1642
1643
1644 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1645 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1646 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1647 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1648 Score Position::compute_value() const {
1649
1650   Bitboard b;
1651   Score result = SCORE_ZERO;
1652
1653   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1654       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1655       {
1656           b = pieces(pt, c);
1657           while (b)
1658               result += pst(make_piece(c, pt), pop_1st_bit(&b));
1659       }
1660
1661   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1662   return result;
1663 }
1664
1665
1666 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1667 /// game material value for the given side. Material values are updated
1668 /// incrementally during the search, this function is only used while
1669 /// initializing a new Position object.
1670
1671 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1672
1673   Value result = VALUE_ZERO;
1674
1675   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1676       result += piece_count(c, pt) * PieceValueMidgame[pt];
1677
1678   return result;
1679 }
1680
1681
1682 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1683 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1684 /// must be done by the search.
1685 template<bool SkipRepetition>
1686 bool Position::is_draw() const {
1687
1688   // Draw by material?
1689   if (   !pieces(PAWN)
1690       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1691       return true;
1692
1693   // Draw by the 50 moves rule?
1694   if (st->rule50 > 99 && !is_mate())
1695       return true;
1696
1697   // Draw by repetition?
1698   if (!SkipRepetition)
1699       for (int i = 4, e = Min(Min(st->gamePly, st->rule50), st->pliesFromNull); i <= e; i += 2)
1700           if (history[st->gamePly - i] == st->key)
1701               return true;
1702
1703   return false;
1704 }
1705
1706 // Explicit template instantiations
1707 template bool Position::is_draw<false>() const;
1708 template bool Position::is_draw<true>() const;
1709
1710
1711 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1712 /// side to move is checkmated.
1713
1714 bool Position::is_mate() const {
1715
1716   return in_check() && !MoveList<MV_LEGAL>(*this).size();
1717 }
1718
1719
1720 /// Position::init() is a static member function which initializes at
1721 /// startup the various arrays used to compute hash keys and the piece
1722 /// square tables. The latter is a two-step operation: First, the white
1723 /// halves of the tables are copied from the MgPST[][] and EgPST[][] arrays.
1724 /// Second, the black halves of the tables are initialized by mirroring
1725 /// and changing the sign of the corresponding white scores.
1726
1727 void Position::init() {
1728
1729   RKISS rk;
1730
1731   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1732       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1733           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1734               zobrist[c][pt][s] = rk.rand<Key>();
1735
1736   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1737       zobEp[s] = rk.rand<Key>();
1738
1739   for (int i = 0; i < 16; i++)
1740       zobCastle[i] = rk.rand<Key>();
1741
1742   zobSideToMove = rk.rand<Key>();
1743   zobExclusion  = rk.rand<Key>();
1744
1745   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1746       for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1747           pieceSquareTable[p][s] = make_score(MgPST[p][s], EgPST[p][s]);
1748
1749   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1750       for (Piece p = BP; p <= BK; p++)
1751           pieceSquareTable[p][s] = -pieceSquareTable[p-8][flip_square(s)];
1752 }
1753
1754
1755 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
1756 /// is only useful for debugging especially for finding evaluation symmetry bugs.
1757
1758 void Position::flip() {
1759
1760   assert(is_ok());
1761
1762   // Make a copy of current position before to start changing
1763   const Position pos(*this, threadID);
1764
1765   clear();
1766   threadID = pos.thread();
1767
1768   // Board
1769   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1770       if (!pos.square_is_empty(s))
1771           put_piece(Piece(pos.piece_on(s) ^ 8), flip_square(s));
1772
1773   // Side to move
1774   sideToMove = opposite_color(pos.side_to_move());
1775
1776   // Castling rights
1777   if (pos.can_castle(WHITE_OO))
1778       set_castle(BLACK_OO,  king_square(BLACK), flip_square(pos.castle_rook_square(WHITE_OO)));
1779   if (pos.can_castle(WHITE_OOO))
1780       set_castle(BLACK_OOO, king_square(BLACK), flip_square(pos.castle_rook_square(WHITE_OOO)));
1781   if (pos.can_castle(BLACK_OO))
1782       set_castle(WHITE_OO,  king_square(WHITE), flip_square(pos.castle_rook_square(BLACK_OO)));
1783   if (pos.can_castle(BLACK_OOO))
1784       set_castle(WHITE_OOO, king_square(WHITE), flip_square(pos.castle_rook_square(BLACK_OOO)));
1785
1786   // En passant square
1787   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1788       st->epSquare = flip_square(pos.st->epSquare);
1789
1790   // Checkers
1791   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(opposite_color(sideToMove));
1792
1793   // Hash keys
1794   st->key = compute_key();
1795   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1796   st->materialKey = compute_material_key();
1797
1798   // Incremental scores
1799   st->value = compute_value();
1800
1801   // Material
1802   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1803   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1804
1805   assert(is_ok());
1806 }
1807
1808
1809 /// Position::is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1810 /// This is meant to be helpful when debugging.
1811
1812 bool Position::is_ok(int* failedStep) const {
1813
1814   // What features of the position should be verified?
1815   const bool debugAll = false;
1816
1817   const bool debugBitboards       = debugAll || false;
1818   const bool debugKingCount       = debugAll || false;
1819   const bool debugKingCapture     = debugAll || false;
1820   const bool debugCheckerCount    = debugAll || false;
1821   const bool debugKey             = debugAll || false;
1822   const bool debugMaterialKey     = debugAll || false;
1823   const bool debugPawnKey         = debugAll || false;
1824   const bool debugIncrementalEval = debugAll || false;
1825   const bool debugNonPawnMaterial = debugAll || false;
1826   const bool debugPieceCounts     = debugAll || false;
1827   const bool debugPieceList       = debugAll || false;
1828   const bool debugCastleSquares   = debugAll || false;
1829
1830   if (failedStep) *failedStep = 1;
1831
1832   // Side to move OK?
1833   if (side_to_move() != WHITE && side_to_move() != BLACK)
1834       return false;
1835
1836   // Are the king squares in the position correct?
1837   if (failedStep) (*failedStep)++;
1838   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1839       return false;
1840
1841   if (failedStep) (*failedStep)++;
1842   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1843       return false;
1844
1845   // Do both sides have exactly one king?
1846   if (failedStep) (*failedStep)++;
1847   if (debugKingCount)
1848   {
1849       int kingCount[2] = {0, 0};
1850       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1851           if (piece_type(piece_on(s)) == KING)
1852               kingCount[piece_color(piece_on(s))]++;
1853
1854       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1855           return false;
1856   }
1857
1858   // Can the side to move capture the opponent's king?
1859   if (failedStep) (*failedStep)++;
1860   if (debugKingCapture)
1861   {
1862       Color us = side_to_move();
1863       Color them = opposite_color(us);
1864       Square ksq = king_square(them);
1865       if (attackers_to(ksq) & pieces(us))
1866           return false;
1867   }
1868
1869   // Is there more than 2 checkers?
1870   if (failedStep) (*failedStep)++;
1871   if (debugCheckerCount && count_1s<CNT32>(st->checkersBB) > 2)
1872       return false;
1873
1874   // Bitboards OK?
1875   if (failedStep) (*failedStep)++;
1876   if (debugBitboards)
1877   {
1878       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1879       if ((pieces(WHITE) & pieces(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1880           return false;
1881
1882       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1883       // occupied squares
1884       if ((pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != occupied_squares())
1885           return false;
1886
1887       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1888       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1889           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1890               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1891                   return false;
1892   }
1893
1894   // En passant square OK?
1895   if (failedStep) (*failedStep)++;
1896   if (ep_square() != SQ_NONE)
1897   {
1898       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1899       // side to move.
1900       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1901           return false;
1902   }
1903
1904   // Hash key OK?
1905   if (failedStep) (*failedStep)++;
1906   if (debugKey && st->key != compute_key())
1907       return false;
1908
1909   // Pawn hash key OK?
1910   if (failedStep) (*failedStep)++;
1911   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1912       return false;
1913
1914   // Material hash key OK?
1915   if (failedStep) (*failedStep)++;
1916   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1917       return false;
1918
1919   // Incremental eval OK?
1920   if (failedStep) (*failedStep)++;
1921   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1922       return false;
1923
1924   // Non-pawn material OK?
1925   if (failedStep) (*failedStep)++;
1926   if (debugNonPawnMaterial)
1927   {
1928       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1929           return false;
1930
1931       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1932           return false;
1933   }
1934
1935   // Piece counts OK?
1936   if (failedStep) (*failedStep)++;
1937   if (debugPieceCounts)
1938       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1939           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1940               if (pieceCount[c][pt] != count_1s<CNT32>(pieces(pt, c)))
1941                   return false;
1942
1943   if (failedStep) (*failedStep)++;
1944   if (debugPieceList)
1945       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1946           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1947               for (int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1948               {
1949                   if (piece_on(piece_list(c, pt)[i]) != make_piece(c, pt))
1950                       return false;
1951
1952                   if (index[piece_list(c, pt)[i]] != i)
1953                       return false;
1954               }
1955
1956   if (failedStep) (*failedStep)++;
1957   if (debugCastleSquares)
1958       for (CastleRight f = WHITE_OO; f <= BLACK_OOO; f = CastleRight(f << 1))
1959       {
1960           if (!can_castle(f))
1961               continue;
1962
1963           Piece rook = (f & (WHITE_OO | WHITE_OOO) ? WR : BR);
1964
1965           if (   castleRightsMask[castleRookSquare[f]] != (ALL_CASTLES ^ f)
1966               || piece_on(castleRookSquare[f]) != rook)
1967               return false;
1968       }
1969
1970   if (failedStep) *failedStep = 0;
1971   return true;
1972 }