22afb3e13278be4e09d8f363e445bcbf4a75864c
[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) 2015-2017 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> int count() const;
94   template<PieceType Pt> const Square* squares(Color c) const;
95   template<PieceType Pt> Square square(Color c) const;
96
97   // Castling
98   int can_castle(Color c) const;
99   int can_castle(CastlingRight cr) const;
100   bool castling_impeded(CastlingRight cr) const;
101   Square castling_rook_square(CastlingRight cr) const;
102
103   // Checking
104   Bitboard checkers() const;
105   Bitboard discovered_check_candidates() const;
106   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
107   Bitboard check_squares(PieceType pt) const;
108
109   // Attacks to/from a given square
110   Bitboard attackers_to(Square s) const;
111   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const;
112   Bitboard attacks_from(PieceType pt, Square s) const;
113   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
114   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
115   Bitboard slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const;
116
117   // Properties of moves
118   bool legal(Move m) const;
119   bool pseudo_legal(const Move m) const;
120   bool capture(Move m) const;
121   bool capture_or_promotion(Move m) const;
122   bool gives_check(Move m) const;
123   bool advanced_pawn_push(Move m) const;
124   Piece moved_piece(Move m) const;
125   Piece captured_piece() const;
126
127   // Piece specific
128   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
129   bool opposite_bishops() const;
130
131   // Doing and undoing moves
132   void do_move(Move m, StateInfo& newSt);
133   void do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck);
134   void undo_move(Move m);
135   void do_null_move(StateInfo& newSt);
136   void undo_null_move();
137
138   // Static Exchange Evaluation
139   bool see_ge(Move m, Value threshold = VALUE_ZERO) const;
140
141   // Accessing hash keys
142   Key key() const;
143   Key key_after(Move m) const;
144   Key material_key() const;
145   Key pawn_key() const;
146
147   // Other properties of the position
148   Color side_to_move() const;
149   Phase game_phase() const;
150   int game_ply() const;
151   bool is_chess960() const;
152   Thread* this_thread() 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   Value non_pawn_material() const;
158
159   // Position consistency check, for debugging
160   bool pos_is_ok() const;
161   void flip();
162
163 private:
164   // Initialization helpers (used while setting up a position)
165   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
166   void set_state(StateInfo* si) const;
167   void set_check_info(StateInfo* si) const;
168
169   // Other helpers
170   void put_piece(Piece pc, Square s);
171   void remove_piece(Piece pc, Square s);
172   void move_piece(Piece pc, Square from, Square to);
173   template<bool Do>
174   void do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
175
176   // Data members
177   Piece board[SQUARE_NB];
178   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
179   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
180   int pieceCount[PIECE_NB];
181   Square pieceList[PIECE_NB][16];
182   int index[SQUARE_NB];
183   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
184   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
185   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
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 int Position::count() const {
240   return pieceCount[make_piece(WHITE, Pt)] + pieceCount[make_piece(BLACK, Pt)];
241 }
242
243 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::squares(Color c) const {
244   return pieceList[make_piece(c, Pt)];
245 }
246
247 template<PieceType Pt> inline Square Position::square(Color c) const {
248   assert(pieceCount[make_piece(c, Pt)] == 1);
249   return pieceList[make_piece(c, Pt)][0];
250 }
251
252 inline Square Position::ep_square() const {
253   return st->epSquare;
254 }
255
256 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
257   return st->castlingRights & cr;
258 }
259
260 inline int Position::can_castle(Color c) const {
261   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
262 }
263
264 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
265   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
266 }
267
268 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
269   return castlingRookSquare[cr];
270 }
271
272 template<PieceType Pt>
273 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
274   assert(Pt != PAWN);
275   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, byTypeBB[ALL_PIECES])
276         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
277         : PseudoAttacks[Pt][s];
278 }
279
280 template<>
281 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
282   return PawnAttacks[c][s];
283 }
284
285 inline Bitboard Position::attacks_from(PieceType pt, Square s) const {
286   return attacks_bb(pt, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
287 }
288
289 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
290   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
291 }
292
293 inline Bitboard Position::checkers() const {
294   return st->checkersBB;
295 }
296
297 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
298   return st->blockersForKing[~sideToMove] & pieces(sideToMove);
299 }
300
301 inline Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
302   return st->blockersForKing[c] & pieces(c);
303 }
304
305 inline Bitboard Position::check_squares(PieceType pt) const {
306   return st->checkSquares[pt];
307 }
308
309 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
310   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
311 }
312
313 inline bool Position::advanced_pawn_push(Move m) const {
314   return   type_of(moved_piece(m)) == PAWN
315         && relative_rank(sideToMove, from_sq(m)) > RANK_4;
316 }
317
318 inline Key Position::key() const {
319   return st->key;
320 }
321
322 inline Key Position::pawn_key() const {
323   return st->pawnKey;
324 }
325
326 inline Key Position::material_key() const {
327   return st->materialKey;
328 }
329
330 inline Score Position::psq_score() const {
331   return st->psq;
332 }
333
334 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
335   return st->nonPawnMaterial[c];
336 }
337
338 inline Value Position::non_pawn_material() const {
339   return st->nonPawnMaterial[WHITE] + st->nonPawnMaterial[BLACK];
340 }
341
342 inline int Position::game_ply() const {
343   return gamePly;
344 }
345
346 inline int Position::rule50_count() const {
347   return st->rule50;
348 }
349
350 inline bool Position::opposite_bishops() const {
351   return   pieceCount[W_BISHOP] == 1
352         && pieceCount[B_BISHOP] == 1
353         && opposite_colors(square<BISHOP>(WHITE), square<BISHOP>(BLACK));
354 }
355
356 inline bool Position::is_chess960() const {
357   return chess960;
358 }
359
360 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
361   assert(is_ok(m));
362   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
363 }
364
365 inline bool Position::capture(Move m) const {
366   assert(is_ok(m));
367   // Castling is encoded as "king captures rook"
368   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
369 }
370
371 inline Piece Position::captured_piece() const {
372   return st->capturedPiece;
373 }
374
375 inline Thread* Position::this_thread() const {
376   return thisThread;
377 }
378
379 inline void Position::put_piece(Piece pc, Square s) {
380
381   board[s] = pc;
382   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
383   byTypeBB[type_of(pc)] |= s;
384   byColorBB[color_of(pc)] |= s;
385   index[s] = pieceCount[pc]++;
386   pieceList[pc][index[s]] = s;
387   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]++;
388 }
389
390 inline void Position::remove_piece(Piece pc, Square s) {
391
392   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
393   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
394   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
395   // are not invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
396   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
397   byTypeBB[type_of(pc)] ^= s;
398   byColorBB[color_of(pc)] ^= s;
399   /* board[s] = NO_PIECE;  Not needed, overwritten by the capturing one */
400   Square lastSquare = pieceList[pc][--pieceCount[pc]];
401   index[lastSquare] = index[s];
402   pieceList[pc][index[lastSquare]] = lastSquare;
403   pieceList[pc][pieceCount[pc]] = SQ_NONE;
404   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]--;
405 }
406
407 inline void Position::move_piece(Piece pc, Square from, Square to) {
408
409   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long as index[]
410   // is accessed just by known occupied squares.
411   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
412   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
413   byTypeBB[type_of(pc)] ^= from_to_bb;
414   byColorBB[color_of(pc)] ^= from_to_bb;
415   board[from] = NO_PIECE;
416   board[to] = pc;
417   index[to] = index[from];
418   pieceList[pc][index[to]] = to;
419 }
420
421 inline void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
422   do_move(m, newSt, gives_check(m));
423 }
424
425 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED