Retire do_capture_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(capture != KING);
785
786   if (capture)
787   {
788       Square capsq = to;
789
790       // If the captured piece was a pawn, update pawn hash key, otherwise
791       // update non-pawn material.
792       if (capture == PAWN)
793       {
794           if (ep) // En passant?
795           {
796               capsq += pawn_push(them);
797
798               assert(pt == PAWN);
799               assert(to == st->epSquare);
800               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
801               assert(piece_on(to) == PIECE_NONE);
802               assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
803
804               board[capsq] = PIECE_NONE;
805           }
806
807           st->pawnKey ^= zobrist[them][PAWN][capsq];
808       }
809       else
810           st->npMaterial[them] -= PieceValueMidgame[capture];
811
812       // Remove captured piece
813       clear_bit(&byColorBB[them], capsq);
814       clear_bit(&byTypeBB[capture], capsq);
815       clear_bit(&byTypeBB[0], capsq);
816
817       // Update hash key
818       key ^= zobrist[them][capture][capsq];
819
820       // Update incremental scores
821       st->value -= pst(make_piece(them, capture), capsq);
822
823       // Update piece count
824       pieceCount[them][capture]--;
825
826       // Update material hash key
827       st->materialKey ^= zobrist[them][capture][pieceCount[them][capture]];
828
829       // Update piece list, move the last piece at index[capsq] position
830       //
831       // WARNING: This is a not perfectly revresible operation. When we
832       // will reinsert the captured piece in undo_move() we will put it
833       // at the end of the list and not in its original place, it means
834       // index[] and pieceList[] are not guaranteed to be invariant to a
835       // do_move() + undo_move() sequence.
836       Square lastPieceSquare = pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]];
837       index[lastPieceSquare] = index[capsq];
838       pieceList[them][capture][index[lastPieceSquare]] = lastPieceSquare;
839       pieceList[them][capture][pieceCount[them][capture]] = SQ_NONE;
840
841       // Reset rule 50 counter
842       st->rule50 = 0;
843   }
844
845   // Update hash key
846   key ^= zobrist[us][pt][from] ^ zobrist[us][pt][to];
847
848   // Reset en passant square
849   if (st->epSquare != SQ_NONE)
850   {
851       key ^= zobEp[st->epSquare];
852       st->epSquare = SQ_NONE;
853   }
854
855   // Update castle rights if needed
856   if (    st->castleRights != CASTLES_NONE
857       && (castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to]) != ALL_CASTLES)
858   {
859       key ^= zobCastle[st->castleRights];
860       st->castleRights &= castleRightsMask[from] & castleRightsMask[to];
861       key ^= zobCastle[st->castleRights];
862   }
863
864   // Prefetch TT access as soon as we know key is updated
865   prefetch((char*)TT.first_entry(key));
866
867   // Move the piece
868   Bitboard move_bb = make_move_bb(from, to);
869   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
870   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
871   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
872
873   board[to] = board[from];
874   board[from] = PIECE_NONE;
875
876   // Update piece lists, note that index[from] is not updated and
877   // becomes stale. This works as long as index[] is accessed just
878   // by known occupied squares.
879   index[to] = index[from];
880   pieceList[us][pt][index[to]] = to;
881
882   // If the moving piece was a pawn do some special extra work
883   if (pt == PAWN)
884   {
885       // Reset rule 50 draw counter
886       st->rule50 = 0;
887
888       // Update pawn hash key and prefetch in L1/L2 cache
889       st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][from] ^ zobrist[us][PAWN][to];
890
891       // Set en passant square, only if moved pawn can be captured
892       if ((to ^ from) == 16)
893       {
894           if (attacks_from<PAWN>(from + pawn_push(us), us) & pieces(PAWN, them))
895           {
896               st->epSquare = Square((int(from) + int(to)) / 2);
897               key ^= zobEp[st->epSquare];
898           }
899       }
900
901       if (pm) // promotion ?
902       {
903           PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
904
905           assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
906
907           // Insert promoted piece instead of pawn
908           clear_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
909           set_bit(&byTypeBB[promotion], to);
910           board[to] = make_piece(us, promotion);
911
912           // Update piece counts
913           pieceCount[us][promotion]++;
914           pieceCount[us][PAWN]--;
915
916           // Update material key
917           st->materialKey ^= zobrist[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
918           st->materialKey ^= zobrist[us][promotion][pieceCount[us][promotion]-1];
919
920           // Update piece lists, move the last pawn at index[to] position
921           // and shrink the list. Add a new promotion piece to the list.
922           Square lastPawnSquare = pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]];
923           index[lastPawnSquare] = index[to];
924           pieceList[us][PAWN][index[lastPawnSquare]] = lastPawnSquare;
925           pieceList[us][PAWN][pieceCount[us][PAWN]] = SQ_NONE;
926           index[to] = pieceCount[us][promotion] - 1;
927           pieceList[us][promotion][index[to]] = to;
928
929           // Partially revert hash keys update
930           key ^= zobrist[us][PAWN][to] ^ zobrist[us][promotion][to];
931           st->pawnKey ^= zobrist[us][PAWN][to];
932
933           // Partially revert and update incremental scores
934           st->value -= pst(make_piece(us, PAWN), to);
935           st->value += pst(make_piece(us, promotion), to);
936
937           // Update material
938           st->npMaterial[us] += PieceValueMidgame[promotion];
939       }
940   }
941
942   // Prefetch pawn and material hash tables
943   Threads[threadID].pawnTable.prefetch(st->pawnKey);
944   Threads[threadID].materialTable.prefetch(st->materialKey);
945
946   // Update incremental scores
947   st->value += pst_delta(piece, from, to);
948
949   // Set capture piece
950   st->capturedType = capture;
951
952   // Update the key with the final value
953   st->key = key;
954
955   // Update checkers bitboard, piece must be already moved
956   st->checkersBB = EmptyBoardBB;
957
958   if (moveIsCheck)
959   {
960       if (ep | pm)
961           st->checkersBB = attackers_to(king_square(them)) & pieces(us);
962       else
963       {
964           // Direct checks
965           if (bit_is_set(ci.checkSq[pt], to))
966               st->checkersBB = SetMaskBB[to];
967
968           // Discovery checks
969           if (ci.dcCandidates && bit_is_set(ci.dcCandidates, from))
970           {
971               if (pt != ROOK)
972                   st->checkersBB |= (attacks_from<ROOK>(king_square(them)) & pieces(ROOK, QUEEN, us));
973
974               if (pt != BISHOP)
975                   st->checkersBB |= (attacks_from<BISHOP>(king_square(them)) & pieces(BISHOP, QUEEN, us));
976           }
977       }
978   }
979
980   // Finish
981   sideToMove = flip(sideToMove);
982   st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
983
984   assert(pos_is_ok());
985 }
986
987
988 /// Position::do_castle_move() is a private method used to do/undo a castling
989 /// move. Note that castling moves are encoded as "king captures friendly rook"
990 /// moves, for instance white short castling in a non-Chess960 game is encoded
991 /// as e1h1.
992 template<bool Do>
993 void Position::do_castle_move(Move m) {
994
995   assert(is_ok(m));
996   assert(is_castle(m));
997
998   Square kto, kfrom, rfrom, rto, kAfter, rAfter;
999
1000   Color us = side_to_move();
1001   Square kBefore = move_from(m);
1002   Square rBefore = move_to(m);
1003
1004   // Find after-castle squares for king and rook
1005   if (rBefore > kBefore) // O-O
1006   {
1007       kAfter = relative_square(us, SQ_G1);
1008       rAfter = relative_square(us, SQ_F1);
1009   }
1010   else // O-O-O
1011   {
1012       kAfter = relative_square(us, SQ_C1);
1013       rAfter = relative_square(us, SQ_D1);
1014   }
1015
1016   kfrom = Do ? kBefore : kAfter;
1017   rfrom = Do ? rBefore : rAfter;
1018
1019   kto = Do ? kAfter : kBefore;
1020   rto = Do ? rAfter : rBefore;
1021
1022   assert(piece_on(kfrom) == make_piece(us, KING));
1023   assert(piece_on(rfrom) == make_piece(us, ROOK));
1024
1025   // Remove pieces from source squares
1026   clear_bit(&byColorBB[us], kfrom);
1027   clear_bit(&byTypeBB[KING], kfrom);
1028   clear_bit(&byTypeBB[0], kfrom);
1029   clear_bit(&byColorBB[us], rfrom);
1030   clear_bit(&byTypeBB[ROOK], rfrom);
1031   clear_bit(&byTypeBB[0], rfrom);
1032
1033   // Put pieces on destination squares
1034   set_bit(&byColorBB[us], kto);
1035   set_bit(&byTypeBB[KING], kto);
1036   set_bit(&byTypeBB[0], kto);
1037   set_bit(&byColorBB[us], rto);
1038   set_bit(&byTypeBB[ROOK], rto);
1039   set_bit(&byTypeBB[0], rto);
1040
1041   // Update board
1042   Piece king = make_piece(us, KING);
1043   Piece rook = make_piece(us, ROOK);
1044   board[kfrom] = board[rfrom] = PIECE_NONE;
1045   board[kto] = king;
1046   board[rto] = rook;
1047
1048   // Update piece lists
1049   pieceList[us][KING][index[kfrom]] = kto;
1050   pieceList[us][ROOK][index[rfrom]] = rto;
1051   int tmp = index[rfrom]; // In Chess960 could be kto == rfrom
1052   index[kto] = index[kfrom];
1053   index[rto] = tmp;
1054
1055   if (Do)
1056   {
1057       // Reset capture field
1058       st->capturedType = PIECE_TYPE_NONE;
1059
1060       // Update incremental scores
1061       st->value += pst_delta(king, kfrom, kto);
1062       st->value += pst_delta(rook, rfrom, rto);
1063
1064       // Update hash key
1065       st->key ^= zobrist[us][KING][kfrom] ^ zobrist[us][KING][kto];
1066       st->key ^= zobrist[us][ROOK][rfrom] ^ zobrist[us][ROOK][rto];
1067
1068       // Clear en passant square
1069       if (st->epSquare != SQ_NONE)
1070       {
1071           st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1072           st->epSquare = SQ_NONE;
1073       }
1074
1075       // Update castling rights
1076       st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1077       st->castleRights &= castleRightsMask[kfrom];
1078       st->key ^= zobCastle[st->castleRights];
1079
1080       // Reset rule 50 counter
1081       st->rule50 = 0;
1082
1083       // Update checkers BB
1084       st->checkersBB = attackers_to(king_square(flip(us))) & pieces(us);
1085
1086       // Finish
1087       sideToMove = flip(sideToMove);
1088       st->value += (sideToMove == WHITE ?  TempoValue : -TempoValue);
1089   }
1090   else
1091       // Undo: point our state pointer back to the previous state
1092       st = st->previous;
1093
1094   assert(pos_is_ok());
1095 }
1096
1097
1098 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
1099 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
1100
1101 void Position::undo_move(Move m) {
1102
1103   assert(is_ok(m));
1104
1105   sideToMove = flip(sideToMove);
1106
1107   if (is_castle(m))
1108   {
1109       do_castle_move<false>(m);
1110       return;
1111   }
1112
1113   Color us = side_to_move();
1114   Color them = flip(us);
1115   Square from = move_from(m);
1116   Square to = move_to(m);
1117   bool ep = is_enpassant(m);
1118   bool pm = is_promotion(m);
1119
1120   PieceType pt = type_of(piece_on(to));
1121
1122   assert(square_is_empty(from));
1123   assert(color_of(piece_on(to)) == us);
1124   assert(!pm || relative_rank(us, to) == RANK_8);
1125   assert(!ep || to == st->previous->epSquare);
1126   assert(!ep || relative_rank(us, to) == RANK_6);
1127   assert(!ep || piece_on(to) == make_piece(us, PAWN));
1128
1129   if (pm) // promotion ?
1130   {
1131       PieceType promotion = promotion_piece_type(m);
1132       pt = PAWN;
1133
1134       assert(promotion >= KNIGHT && promotion <= QUEEN);
1135       assert(piece_on(to) == make_piece(us, promotion));
1136
1137       // Replace promoted piece with a pawn
1138       clear_bit(&byTypeBB[promotion], to);
1139       set_bit(&byTypeBB[PAWN], to);
1140
1141       // Update piece counts
1142       pieceCount[us][promotion]--;
1143       pieceCount[us][PAWN]++;
1144
1145       // Update piece list replacing promotion piece with a pawn
1146       Square lastPromotionSquare = pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]];
1147       index[lastPromotionSquare] = index[to];
1148       pieceList[us][promotion][index[lastPromotionSquare]] = lastPromotionSquare;
1149       pieceList[us][promotion][pieceCount[us][promotion]] = SQ_NONE;
1150       index[to] = pieceCount[us][PAWN] - 1;
1151       pieceList[us][PAWN][index[to]] = to;
1152   }
1153
1154   // Put the piece back at the source square
1155   Bitboard move_bb = make_move_bb(to, from);
1156   do_move_bb(&byColorBB[us], move_bb);
1157   do_move_bb(&byTypeBB[pt], move_bb);
1158   do_move_bb(&byTypeBB[0], move_bb); // HACK: byTypeBB[0] == occupied squares
1159
1160   board[from] = make_piece(us, pt);
1161   board[to] = PIECE_NONE;
1162
1163   // Update piece list
1164   index[from] = index[to];
1165   pieceList[us][pt][index[from]] = from;
1166
1167   if (st->capturedType)
1168   {
1169       Square capsq = to;
1170
1171       if (ep)
1172           capsq = to - pawn_push(us);
1173
1174       assert(st->capturedType != KING);
1175       assert(!ep || square_is_empty(capsq));
1176
1177       // Restore the captured piece
1178       set_bit(&byColorBB[them], capsq);
1179       set_bit(&byTypeBB[st->capturedType], capsq);
1180       set_bit(&byTypeBB[0], capsq);
1181
1182       board[capsq] = make_piece(them, st->capturedType);
1183
1184       // Update piece count
1185       pieceCount[them][st->capturedType]++;
1186
1187       // Update piece list, add a new captured piece in capsq square
1188       index[capsq] = pieceCount[them][st->capturedType] - 1;
1189       pieceList[them][st->capturedType][index[capsq]] = capsq;
1190   }
1191
1192   // Finally point our state pointer back to the previous state
1193   st = st->previous;
1194
1195   assert(pos_is_ok());
1196 }
1197
1198
1199 /// Position::do_null_move() is used to do/undo a "null move": It flips the side
1200 /// to move and updates the hash key without executing any move on the board.
1201 template<bool Do>
1202 void Position::do_null_move(StateInfo& backupSt) {
1203
1204   assert(!in_check());
1205
1206   // Back up the information necessary to undo the null move to the supplied
1207   // StateInfo object. Note that differently from normal case here backupSt
1208   // is actually used as a backup storage not as the new state. This reduces
1209   // the number of fields to be copied.
1210   StateInfo* src = Do ? st : &backupSt;
1211   StateInfo* dst = Do ? &backupSt : st;
1212
1213   dst->key      = src->key;
1214   dst->epSquare = src->epSquare;
1215   dst->value    = src->value;
1216   dst->rule50   = src->rule50;
1217   dst->pliesFromNull = src->pliesFromNull;
1218
1219   sideToMove = flip(sideToMove);
1220
1221   if (Do)
1222   {
1223       if (st->epSquare != SQ_NONE)
1224           st->key ^= zobEp[st->epSquare];
1225
1226       st->key ^= zobSideToMove;
1227       prefetch((char*)TT.first_entry(st->key));
1228
1229       st->epSquare = SQ_NONE;
1230       st->rule50++;
1231       st->pliesFromNull = 0;
1232       st->value += (sideToMove == WHITE) ?  TempoValue : -TempoValue;
1233   }
1234
1235   assert(pos_is_ok());
1236 }
1237
1238 // Explicit template instantiations
1239 template void Position::do_null_move<false>(StateInfo& backupSt);
1240 template void Position::do_null_move<true>(StateInfo& backupSt);
1241
1242
1243 /// Position::see() is a static exchange evaluator: It tries to estimate the
1244 /// material gain or loss resulting from a move. There are three versions of
1245 /// this function: One which takes a destination square as input, one takes a
1246 /// move, and one which takes a 'from' and a 'to' square. The function does
1247 /// not yet understand promotions captures.
1248
1249 int Position::see_sign(Move m) const {
1250
1251   assert(is_ok(m));
1252
1253   Square from = move_from(m);
1254   Square to = move_to(m);
1255
1256   // Early return if SEE cannot be negative because captured piece value
1257   // is not less then capturing one. Note that king moves always return
1258   // here because king midgame value is set to 0.
1259   if (PieceValueMidgame[piece_on(to)] >= PieceValueMidgame[piece_on(from)])
1260       return 1;
1261
1262   return see(m);
1263 }
1264
1265 int Position::see(Move m) const {
1266
1267   Square from, to;
1268   Bitboard occupied, attackers, stmAttackers, b;
1269   int swapList[32], slIndex = 1;
1270   PieceType capturedType, pt;
1271   Color stm;
1272
1273   assert(is_ok(m));
1274
1275   // As castle moves are implemented as capturing the rook, they have
1276   // SEE == RookValueMidgame most of the times (unless the rook is under
1277   // attack).
1278   if (is_castle(m))
1279       return 0;
1280
1281   from = move_from(m);
1282   to = move_to(m);
1283   capturedType = type_of(piece_on(to));
1284   occupied = occupied_squares();
1285
1286   // Handle en passant moves
1287   if (st->epSquare == to && type_of(piece_on(from)) == PAWN)
1288   {
1289       Square capQq = to - pawn_push(side_to_move());
1290
1291       assert(capturedType == PIECE_TYPE_NONE);
1292       assert(type_of(piece_on(capQq)) == PAWN);
1293
1294       // Remove the captured pawn
1295       clear_bit(&occupied, capQq);
1296       capturedType = PAWN;
1297   }
1298
1299   // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
1300   // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
1301   clear_bit(&occupied, from);
1302   attackers = attackers_to(to, occupied);
1303
1304   // If the opponent has no attackers we are finished
1305   stm = flip(color_of(piece_on(from)));
1306   stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1307   if (!stmAttackers)
1308       return PieceValueMidgame[capturedType];
1309
1310   // The destination square is defended, which makes things rather more
1311   // difficult to compute. We proceed by building up a "swap list" containing
1312   // the material gain or loss at each stop in a sequence of captures to the
1313   // destination square, where the sides alternately capture, and always
1314   // capture with the least valuable piece. After each capture, we look for
1315   // new X-ray attacks from behind the capturing piece.
1316   swapList[0] = PieceValueMidgame[capturedType];
1317   capturedType = type_of(piece_on(from));
1318
1319   do {
1320       // Locate the least valuable attacker for the side to move. The loop
1321       // below looks like it is potentially infinite, but it isn't. We know
1322       // that the side to move still has at least one attacker left.
1323       for (pt = PAWN; !(stmAttackers & pieces(pt)); pt++)
1324           assert(pt < KING);
1325
1326       // Remove the attacker we just found from the 'occupied' bitboard,
1327       // and scan for new X-ray attacks behind the attacker.
1328       b = stmAttackers & pieces(pt);
1329       occupied ^= (b & (~b + 1));
1330       attackers |=  (rook_attacks_bb(to, occupied)   & pieces(ROOK, QUEEN))
1331                   | (bishop_attacks_bb(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN));
1332
1333       attackers &= occupied; // Cut out pieces we've already done
1334
1335       // Add the new entry to the swap list
1336       assert(slIndex < 32);
1337       swapList[slIndex] = -swapList[slIndex - 1] + PieceValueMidgame[capturedType];
1338       slIndex++;
1339
1340       // Remember the value of the capturing piece, and change the side to
1341       // move before beginning the next iteration.
1342       capturedType = pt;
1343       stm = flip(stm);
1344       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
1345
1346       // Stop before processing a king capture
1347       if (capturedType == KING && stmAttackers)
1348       {
1349           assert(slIndex < 32);
1350           swapList[slIndex++] = QueenValueMidgame*10;
1351           break;
1352       }
1353   } while (stmAttackers);
1354
1355   // Having built the swap list, we negamax through it to find the best
1356   // achievable score from the point of view of the side to move.
1357   while (--slIndex)
1358       swapList[slIndex-1] = Min(-swapList[slIndex], swapList[slIndex-1]);
1359
1360   return swapList[0];
1361 }
1362
1363
1364 /// Position::clear() erases the position object to a pristine state, with an
1365 /// empty board, white to move, and no castling rights.
1366
1367 void Position::clear() {
1368
1369   st = &startState;
1370   memset(st, 0, sizeof(StateInfo));
1371   st->epSquare = SQ_NONE;
1372
1373   memset(byColorBB,  0, sizeof(Bitboard) * 2);
1374   memset(byTypeBB,   0, sizeof(Bitboard) * 8);
1375   memset(pieceCount, 0, sizeof(int) * 2 * 8);
1376   memset(index,      0, sizeof(int) * 64);
1377
1378   for (int i = 0; i < 8; i++)
1379       for (int j = 0; j < 16; j++)
1380           pieceList[0][i][j] = pieceList[1][i][j] = SQ_NONE;
1381
1382   for (Square sq = SQ_A1; sq <= SQ_H8; sq++)
1383   {
1384       board[sq] = PIECE_NONE;
1385       castleRightsMask[sq] = ALL_CASTLES;
1386   }
1387   sideToMove = WHITE;
1388   nodes = 0;
1389 }
1390
1391
1392 /// Position::put_piece() puts a piece on the given square of the board,
1393 /// updating the board array, pieces list, bitboards, and piece counts.
1394
1395 void Position::put_piece(Piece p, Square s) {
1396
1397   Color c = color_of(p);
1398   PieceType pt = type_of(p);
1399
1400   board[s] = p;
1401   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
1402   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
1403
1404   set_bit(&byTypeBB[pt], s);
1405   set_bit(&byColorBB[c], s);
1406   set_bit(&byTypeBB[0], s); // HACK: byTypeBB[0] contains all occupied squares.
1407 }
1408
1409
1410 /// Position::compute_key() computes the hash key of the position. The hash
1411 /// key is usually updated incrementally as moves are made and unmade, the
1412 /// compute_key() function is only used when a new position is set up, and
1413 /// to verify the correctness of the hash key when running in debug mode.
1414
1415 Key Position::compute_key() const {
1416
1417   Key result = zobCastle[st->castleRights];
1418
1419   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1420       if (!square_is_empty(s))
1421           result ^= zobrist[color_of(piece_on(s))][type_of(piece_on(s))][s];
1422
1423   if (ep_square() != SQ_NONE)
1424       result ^= zobEp[ep_square()];
1425
1426   if (side_to_move() == BLACK)
1427       result ^= zobSideToMove;
1428
1429   return result;
1430 }
1431
1432
1433 /// Position::compute_pawn_key() computes the hash key of the position. The
1434 /// hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1435 /// the compute_pawn_key() function is only used when a new position is set
1436 /// up, and to verify the correctness of the pawn hash key when running in
1437 /// debug mode.
1438
1439 Key Position::compute_pawn_key() const {
1440
1441   Bitboard b;
1442   Key result = 0;
1443
1444   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1445   {
1446       b = pieces(PAWN, c);
1447       while (b)
1448           result ^= zobrist[c][PAWN][pop_1st_bit(&b)];
1449   }
1450   return result;
1451 }
1452
1453
1454 /// Position::compute_material_key() computes the hash key of the position.
1455 /// The hash key is usually updated incrementally as moves are made and unmade,
1456 /// the compute_material_key() function is only used when a new position is set
1457 /// up, and to verify the correctness of the material hash key when running in
1458 /// debug mode.
1459
1460 Key Position::compute_material_key() const {
1461
1462   Key result = 0;
1463
1464   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1465       for (PieceType pt = PAWN; pt <= QUEEN; pt++)
1466           for (int i = 0; i < piece_count(c, pt); i++)
1467               result ^= zobrist[c][pt][i];
1468
1469   return result;
1470 }
1471
1472
1473 /// Position::compute_value() compute the incremental scores for the middle
1474 /// game and the endgame. These functions are used to initialize the incremental
1475 /// scores when a new position is set up, and to verify that the scores are correctly
1476 /// updated by do_move and undo_move when the program is running in debug mode.
1477 Score Position::compute_value() const {
1478
1479   Bitboard b;
1480   Score result = SCORE_ZERO;
1481
1482   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1483       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1484       {
1485           b = pieces(pt, c);
1486           while (b)
1487               result += pst(make_piece(c, pt), pop_1st_bit(&b));
1488       }
1489
1490   result += (side_to_move() == WHITE ? TempoValue / 2 : -TempoValue / 2);
1491   return result;
1492 }
1493
1494
1495 /// Position::compute_non_pawn_material() computes the total non-pawn middle
1496 /// game material value for the given side. Material values are updated
1497 /// incrementally during the search, this function is only used while
1498 /// initializing a new Position object.
1499
1500 Value Position::compute_non_pawn_material(Color c) const {
1501
1502   Value result = VALUE_ZERO;
1503
1504   for (PieceType pt = KNIGHT; pt <= QUEEN; pt++)
1505       result += piece_count(c, pt) * PieceValueMidgame[pt];
1506
1507   return result;
1508 }
1509
1510
1511 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by material,
1512 /// repetition, or the 50 moves rule. It does not detect stalemates, this
1513 /// must be done by the search.
1514 template<bool SkipRepetition>
1515 bool Position::is_draw() const {
1516
1517   // Draw by material?
1518   if (   !pieces(PAWN)
1519       && (non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK) <= BishopValueMidgame))
1520       return true;
1521
1522   // Draw by the 50 moves rule?
1523   if (st->rule50 > 99 && !is_mate())
1524       return true;
1525
1526   // Draw by repetition?
1527   if (!SkipRepetition)
1528   {
1529       int i = 4, e = Min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1530
1531       if (i <= e)
1532       {
1533           StateInfo* stp = st->previous->previous;
1534
1535           do {
1536               stp = stp->previous->previous;
1537
1538               if (stp->key == st->key)
1539                   return true;
1540
1541               i +=2;
1542
1543           } while (i <= e);
1544       }
1545   }
1546
1547   return false;
1548 }
1549
1550 // Explicit template instantiations
1551 template bool Position::is_draw<false>() const;
1552 template bool Position::is_draw<true>() const;
1553
1554
1555 /// Position::is_mate() returns true or false depending on whether the
1556 /// side to move is checkmated.
1557
1558 bool Position::is_mate() const {
1559
1560   return in_check() && !MoveList<MV_LEGAL>(*this).size();
1561 }
1562
1563
1564 /// Position::init() is a static member function which initializes at startup
1565 /// the various arrays used to compute hash keys and the piece square tables.
1566 /// The latter is a two-step operation: First, the white halves of the tables
1567 /// are copied from PSQT[] tables. Second, the black halves of the tables are
1568 /// initialized by flipping and changing the sign of the white scores.
1569
1570 void Position::init() {
1571
1572   RKISS rk;
1573
1574   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1575       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1576           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1577               zobrist[c][pt][s] = rk.rand<Key>();
1578
1579   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1580       zobEp[s] = rk.rand<Key>();
1581
1582   for (int i = 0; i < 16; i++)
1583       zobCastle[i] = rk.rand<Key>();
1584
1585   zobSideToMove = rk.rand<Key>();
1586   zobExclusion  = rk.rand<Key>();
1587
1588   for (Piece p = WP; p <= WK; p++)
1589   {
1590       Score ps = make_score(PieceValueMidgame[p], PieceValueEndgame[p]);
1591
1592       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1593       {
1594           pieceSquareTable[p][s] = ps + PSQT[p][s];
1595           pieceSquareTable[p+8][flip(s)] = -pieceSquareTable[p][s];
1596       }
1597   }
1598 }
1599
1600
1601 /// Position::flip_me() flips position with the white and black sides reversed. This
1602 /// is only useful for debugging especially for finding evaluation symmetry bugs.
1603
1604 void Position::flip_me() {
1605
1606   // Make a copy of current position before to start changing
1607   const Position pos(*this, threadID);
1608
1609   clear();
1610   threadID = pos.thread();
1611
1612   // Board
1613   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1614       if (!pos.square_is_empty(s))
1615           put_piece(Piece(pos.piece_on(s) ^ 8), flip(s));
1616
1617   // Side to move
1618   sideToMove = flip(pos.side_to_move());
1619
1620   // Castling rights
1621   if (pos.can_castle(WHITE_OO))
1622       set_castle_right(king_square(BLACK), flip(pos.castle_rook_square(WHITE_OO)));
1623   if (pos.can_castle(WHITE_OOO))
1624       set_castle_right(king_square(BLACK), flip(pos.castle_rook_square(WHITE_OOO)));
1625   if (pos.can_castle(BLACK_OO))
1626       set_castle_right(king_square(WHITE), flip(pos.castle_rook_square(BLACK_OO)));
1627   if (pos.can_castle(BLACK_OOO))
1628       set_castle_right(king_square(WHITE), flip(pos.castle_rook_square(BLACK_OOO)));
1629
1630   // En passant square
1631   if (pos.st->epSquare != SQ_NONE)
1632       st->epSquare = flip(pos.st->epSquare);
1633
1634   // Checkers
1635   st->checkersBB = attackers_to(king_square(sideToMove)) & pieces(flip(sideToMove));
1636
1637   // Hash keys
1638   st->key = compute_key();
1639   st->pawnKey = compute_pawn_key();
1640   st->materialKey = compute_material_key();
1641
1642   // Incremental scores
1643   st->value = compute_value();
1644
1645   // Material
1646   st->npMaterial[WHITE] = compute_non_pawn_material(WHITE);
1647   st->npMaterial[BLACK] = compute_non_pawn_material(BLACK);
1648
1649   assert(pos_is_ok());
1650 }
1651
1652
1653 /// Position::pos_is_ok() performs some consitency checks for the position object.
1654 /// This is meant to be helpful when debugging.
1655
1656 bool Position::pos_is_ok(int* failedStep) const {
1657
1658   // What features of the position should be verified?
1659   const bool debugAll = false;
1660
1661   const bool debugBitboards       = debugAll || false;
1662   const bool debugKingCount       = debugAll || false;
1663   const bool debugKingCapture     = debugAll || false;
1664   const bool debugCheckerCount    = debugAll || false;
1665   const bool debugKey             = debugAll || false;
1666   const bool debugMaterialKey     = debugAll || false;
1667   const bool debugPawnKey         = debugAll || false;
1668   const bool debugIncrementalEval = debugAll || false;
1669   const bool debugNonPawnMaterial = debugAll || false;
1670   const bool debugPieceCounts     = debugAll || false;
1671   const bool debugPieceList       = debugAll || false;
1672   const bool debugCastleSquares   = debugAll || false;
1673
1674   if (failedStep) *failedStep = 1;
1675
1676   // Side to move OK?
1677   if (side_to_move() != WHITE && side_to_move() != BLACK)
1678       return false;
1679
1680   // Are the king squares in the position correct?
1681   if (failedStep) (*failedStep)++;
1682   if (piece_on(king_square(WHITE)) != WK)
1683       return false;
1684
1685   if (failedStep) (*failedStep)++;
1686   if (piece_on(king_square(BLACK)) != BK)
1687       return false;
1688
1689   // Do both sides have exactly one king?
1690   if (failedStep) (*failedStep)++;
1691   if (debugKingCount)
1692   {
1693       int kingCount[2] = {0, 0};
1694       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
1695           if (type_of(piece_on(s)) == KING)
1696               kingCount[color_of(piece_on(s))]++;
1697
1698       if (kingCount[0] != 1 || kingCount[1] != 1)
1699           return false;
1700   }
1701
1702   // Can the side to move capture the opponent's king?
1703   if (failedStep) (*failedStep)++;
1704   if (debugKingCapture)
1705   {
1706       Color us = side_to_move();
1707       Color them = flip(us);
1708       Square ksq = king_square(them);
1709       if (attackers_to(ksq) & pieces(us))
1710           return false;
1711   }
1712
1713   // Is there more than 2 checkers?
1714   if (failedStep) (*failedStep)++;
1715   if (debugCheckerCount && count_1s<CNT32>(st->checkersBB) > 2)
1716       return false;
1717
1718   // Bitboards OK?
1719   if (failedStep) (*failedStep)++;
1720   if (debugBitboards)
1721   {
1722       // The intersection of the white and black pieces must be empty
1723       if ((pieces(WHITE) & pieces(BLACK)) != EmptyBoardBB)
1724           return false;
1725
1726       // The union of the white and black pieces must be equal to all
1727       // occupied squares
1728       if ((pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != occupied_squares())
1729           return false;
1730
1731       // Separate piece type bitboards must have empty intersections
1732       for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; p1++)
1733           for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; p2++)
1734               if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1735                   return false;
1736   }
1737
1738   // En passant square OK?
1739   if (failedStep) (*failedStep)++;
1740   if (ep_square() != SQ_NONE)
1741   {
1742       // The en passant square must be on rank 6, from the point of view of the
1743       // side to move.
1744       if (relative_rank(side_to_move(), ep_square()) != RANK_6)
1745           return false;
1746   }
1747
1748   // Hash key OK?
1749   if (failedStep) (*failedStep)++;
1750   if (debugKey && st->key != compute_key())
1751       return false;
1752
1753   // Pawn hash key OK?
1754   if (failedStep) (*failedStep)++;
1755   if (debugPawnKey && st->pawnKey != compute_pawn_key())
1756       return false;
1757
1758   // Material hash key OK?
1759   if (failedStep) (*failedStep)++;
1760   if (debugMaterialKey && st->materialKey != compute_material_key())
1761       return false;
1762
1763   // Incremental eval OK?
1764   if (failedStep) (*failedStep)++;
1765   if (debugIncrementalEval && st->value != compute_value())
1766       return false;
1767
1768   // Non-pawn material OK?
1769   if (failedStep) (*failedStep)++;
1770   if (debugNonPawnMaterial)
1771   {
1772       if (st->npMaterial[WHITE] != compute_non_pawn_material(WHITE))
1773           return false;
1774
1775       if (st->npMaterial[BLACK] != compute_non_pawn_material(BLACK))
1776           return false;
1777   }
1778
1779   // Piece counts OK?
1780   if (failedStep) (*failedStep)++;
1781   if (debugPieceCounts)
1782       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1783           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1784               if (pieceCount[c][pt] != count_1s<CNT32>(pieces(pt, c)))
1785                   return false;
1786
1787   if (failedStep) (*failedStep)++;
1788   if (debugPieceList)
1789       for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
1790           for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
1791               for (int i = 0; i < pieceCount[c][pt]; i++)
1792               {
1793                   if (piece_on(piece_list(c, pt)[i]) != make_piece(c, pt))
1794                       return false;
1795
1796                   if (index[piece_list(c, pt)[i]] != i)
1797                       return false;
1798               }
1799
1800   if (failedStep) (*failedStep)++;
1801   if (debugCastleSquares)
1802       for (CastleRight f = WHITE_OO; f <= BLACK_OOO; f = CastleRight(f << 1))
1803       {
1804           if (!can_castle(f))
1805               continue;
1806
1807           Piece rook = (f & (WHITE_OO | WHITE_OOO) ? WR : BR);
1808
1809           if (   castleRightsMask[castleRookSquare[f]] != (ALL_CASTLES ^ f)
1810               || piece_on(castleRookSquare[f]) != rook)
1811               return false;
1812       }
1813
1814   if (failedStep) *failedStep = 0;
1815   return true;
1816 }