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[stockfish] / src / position.h
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #ifndef POSITION_H_INCLUDED
22 #define POSITION_H_INCLUDED
23
24 #include <cassert>
25 #include <deque>
26 #include <memory> // For std::unique_ptr
27 #include <string>
28
29 #include "bitboard.h"
30 #include "types.h"
31
32
33 /// StateInfo struct stores information needed to restore a Position object to
34 /// its previous state when we retract a move. Whenever a move is made on the
35 /// board (by calling Position::do_move), a StateInfo object must be passed.
36
37 struct StateInfo {
38
39   // Copied when making a move
40   Key    pawnKey;
41   Key    materialKey;
42   Value  nonPawnMaterial[COLOR_NB];
43   int    castlingRights;
44   int    rule50;
45   int    pliesFromNull;
46   Score  psq;
47   Square epSquare;
48
49   // Not copied when making a move (will be recomputed anyhow)
50   Key        key;
51   Bitboard   checkersBB;
52   Piece      capturedPiece;
53   StateInfo* previous;
54   Bitboard   blockersForKing[COLOR_NB];
55   Bitboard   pinnersForKing[COLOR_NB];
56   Bitboard   checkSquares[PIECE_TYPE_NB];
57 };
58
59 // In a std::deque references to elements are unaffected upon resizing
60 typedef std::unique_ptr<std::deque<StateInfo>> StateListPtr;
61
62
63 /// Position class stores information regarding the board representation as
64 /// pieces, side to move, hash keys, castling info, etc. Important methods are
65 /// do_move() and undo_move(), used by the search to update node info when
66 /// traversing the search tree.
67 class Thread;
68
69 class Position {
70 public:
71   static void init();
72
73   Position() = default;
74   Position(const Position&) = delete;
75   Position& operator=(const Position&) = delete;
76
77   // FEN string input/output
78   Position& set(const std::string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Thread* th);
79   Position& set(const std::string& code, Color c, StateInfo* si);
80   const std::string fen() const;
81
82   // Position representation
83   Bitboard pieces() const;
84   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
85   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
86   Bitboard pieces(Color c) const;
87   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
88   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
89   Piece piece_on(Square s) const;
90   Square ep_square() const;
91   bool empty(Square s) const;
92   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
93   template<PieceType Pt> const Square* squares(Color c) const;
94   template<PieceType Pt> Square square(Color c) const;
95
96   // Castling
97   int can_castle(Color c) const;
98   int can_castle(CastlingRight cr) const;
99   bool castling_impeded(CastlingRight cr) const;
100   Square castling_rook_square(CastlingRight cr) const;
101
102   // Checking
103   Bitboard checkers() const;
104   Bitboard discovered_check_candidates() const;
105   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
106   Bitboard check_squares(PieceType pt) const;
107
108   // Attacks to/from a given square
109   Bitboard attackers_to(Square s) const;
110   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const;
111   Bitboard attacks_from(Piece pc, Square s) const;
112   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
113   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
114   Bitboard slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const;
115
116   // Properties of moves
117   bool legal(Move m) const;
118   bool pseudo_legal(const Move m) const;
119   bool capture(Move m) const;
120   bool capture_or_promotion(Move m) const;
121   bool gives_check(Move m) const;
122   bool advanced_pawn_push(Move m) const;
123   Piece moved_piece(Move m) const;
124   Piece captured_piece() const;
125
126   // Piece specific
127   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
128   bool opposite_bishops() const;
129
130   // Doing and undoing moves
131   void do_move(Move m, StateInfo& newSt);
132   void do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck);
133   void undo_move(Move m);
134   void do_null_move(StateInfo& newSt);
135   void undo_null_move();
136
137   // Static Exchange Evaluation
138   bool see_ge(Move m, Value value) const;
139
140   // Accessing hash keys
141   Key key() const;
142   Key key_after(Move m) const;
143   Key material_key() const;
144   Key pawn_key() const;
145
146   // Other properties of the position
147   Color side_to_move() const;
148   Phase game_phase() const;
149   int game_ply() const;
150   bool is_chess960() const;
151   Thread* this_thread() const;
152   uint64_t nodes_searched() const;
153   bool is_draw(int ply) const;
154   int rule50_count() const;
155   Score psq_score() const;
156   Value non_pawn_material(Color c) const;
157
158   // Position consistency check, for debugging
159   bool pos_is_ok(int* failedStep = nullptr) const;
160   void flip();
161
162 private:
163   // Initialization helpers (used while setting up a position)
164   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
165   void set_state(StateInfo* si) const;
166   void set_check_info(StateInfo* si) const;
167
168   // Other helpers
169   void put_piece(Piece pc, Square s);
170   void remove_piece(Piece pc, Square s);
171   void move_piece(Piece pc, Square from, Square to);
172   template<bool Do>
173   void do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
174
175   // Data members
176   Piece board[SQUARE_NB];
177   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
178   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
179   int pieceCount[PIECE_NB];
180   Square pieceList[PIECE_NB][16];
181   int index[SQUARE_NB];
182   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
183   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
184   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
185   uint64_t nodes;
186   int gamePly;
187   Color sideToMove;
188   Thread* thisThread;
189   StateInfo* st;
190   bool chess960;
191 };
192
193 extern std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos);
194
195 inline Color Position::side_to_move() const {
196   return sideToMove;
197 }
198
199 inline bool Position::empty(Square s) const {
200   return board[s] == NO_PIECE;
201 }
202
203 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
204   return board[s];
205 }
206
207 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
208   return board[from_sq(m)];
209 }
210
211 inline Bitboard Position::pieces() const {
212   return byTypeBB[ALL_PIECES];
213 }
214
215 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
216   return byTypeBB[pt];
217 }
218
219 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
220   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
221 }
222
223 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
224   return byColorBB[c];
225 }
226
227 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
228   return byColorBB[c] & byTypeBB[pt];
229 }
230
231 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
232   return byColorBB[c] & (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]);
233 }
234
235 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
236   return pieceCount[make_piece(c, Pt)];
237 }
238
239 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::squares(Color c) const {
240   return pieceList[make_piece(c, Pt)];
241 }
242
243 template<PieceType Pt> inline Square Position::square(Color c) const {
244   assert(pieceCount[make_piece(c, Pt)] == 1);
245   return pieceList[make_piece(c, Pt)][0];
246 }
247
248 inline Square Position::ep_square() const {
249   return st->epSquare;
250 }
251
252 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
253   return st->castlingRights & cr;
254 }
255
256 inline int Position::can_castle(Color c) const {
257   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
258 }
259
260 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
261   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
262 }
263
264 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
265   return castlingRookSquare[cr];
266 }
267
268 template<PieceType Pt>
269 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
270   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, byTypeBB[ALL_PIECES])
271         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
272         : StepAttacksBB[Pt][s];
273 }
274
275 template<>
276 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
277   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
278 }
279
280 inline Bitboard Position::attacks_from(Piece pc, Square s) const {
281   return attacks_bb(pc, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
282 }
283
284 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
285   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
286 }
287
288 inline Bitboard Position::checkers() const {
289   return st->checkersBB;
290 }
291
292 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
293   return st->blockersForKing[~sideToMove] & pieces(sideToMove);
294 }
295
296 inline Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
297   return st->blockersForKing[c] & pieces(c);
298 }
299
300 inline Bitboard Position::check_squares(PieceType pt) const {
301   return st->checkSquares[pt];
302 }
303
304 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
305   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
306 }
307
308 inline bool Position::advanced_pawn_push(Move m) const {
309   return   type_of(moved_piece(m)) == PAWN
310         && relative_rank(sideToMove, from_sq(m)) > RANK_4;
311 }
312
313 inline Key Position::key() const {
314   return st->key;
315 }
316
317 inline Key Position::pawn_key() const {
318   return st->pawnKey;
319 }
320
321 inline Key Position::material_key() const {
322   return st->materialKey;
323 }
324
325 inline Score Position::psq_score() const {
326   return st->psq;
327 }
328
329 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
330   return st->nonPawnMaterial[c];
331 }
332
333 inline int Position::game_ply() const {
334   return gamePly;
335 }
336
337 inline int Position::rule50_count() const {
338   return st->rule50;
339 }
340
341 inline uint64_t Position::nodes_searched() const {
342   return nodes;
343 }
344
345 inline bool Position::opposite_bishops() const {
346   return   pieceCount[W_BISHOP] == 1
347         && pieceCount[B_BISHOP] == 1
348         && opposite_colors(square<BISHOP>(WHITE), square<BISHOP>(BLACK));
349 }
350
351 inline bool Position::is_chess960() const {
352   return chess960;
353 }
354
355 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
356   assert(is_ok(m));
357   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
358 }
359
360 inline bool Position::capture(Move m) const {
361   assert(is_ok(m));
362   // Castling is encoded as "king captures rook"
363   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
364 }
365
366 inline Piece Position::captured_piece() const {
367   return st->capturedPiece;
368 }
369
370 inline Thread* Position::this_thread() const {
371   return thisThread;
372 }
373
374 inline void Position::put_piece(Piece pc, Square s) {
375
376   board[s] = pc;
377   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
378   byTypeBB[type_of(pc)] |= s;
379   byColorBB[color_of(pc)] |= s;
380   index[s] = pieceCount[pc]++;
381   pieceList[pc][index[s]] = s;
382   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]++;
383 }
384
385 inline void Position::remove_piece(Piece pc, Square s) {
386
387   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
388   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
389   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
390   // are not invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
391   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
392   byTypeBB[type_of(pc)] ^= s;
393   byColorBB[color_of(pc)] ^= s;
394   /* board[s] = NO_PIECE;  Not needed, overwritten by the capturing one */
395   Square lastSquare = pieceList[pc][--pieceCount[pc]];
396   index[lastSquare] = index[s];
397   pieceList[pc][index[lastSquare]] = lastSquare;
398   pieceList[pc][pieceCount[pc]] = SQ_NONE;
399   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]--;
400 }
401
402 inline void Position::move_piece(Piece pc, Square from, Square to) {
403
404   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long as index[]
405   // is accessed just by known occupied squares.
406   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
407   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
408   byTypeBB[type_of(pc)] ^= from_to_bb;
409   byColorBB[color_of(pc)] ^= from_to_bb;
410   board[from] = NO_PIECE;
411   board[to] = pc;
412   index[to] = index[from];
413   pieceList[pc][index[to]] = to;
414 }
415
416 inline void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
417   do_move(m, newSt, gives_check(m));
418 }
419
420 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED