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