git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2008-2010 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 #if !defined(POSITION_H_INCLUDED)
  21 #define POSITION_H_INCLUDED
  22
  23 #include <cassert>
  24
  25 #include "bitboard.h"
  26 #include "move.h"
  27 #include "types.h"
  28
  29 /// Maximum number of plies per game (220 should be enough, because the
  30 /// maximum search depth is 100, and during position setup we reset the
  31 /// move counter for every non-reversible move).
  32 const int MaxGameLength = 220;
  33
  34 class Position;
  35
  36 /// struct checkInfo is initialized at c'tor time and keeps
  37 /// info used to detect if a move gives check.
  38
  39 struct CheckInfo {
  40
  41     explicit CheckInfo(const Position&);
  42
  43     Bitboard dcCandidates;
  44     Bitboard checkSq[8];
  45     Square ksq;
  46 };
  47
  48 /// Castle rights, encoded as bit fields
  49
  50 enum CastleRights {
  51   CASTLES_NONE = 0,
  52   WHITE_OO     = 1,
  53   BLACK_OO     = 2,
  54   WHITE_OOO    = 4,
  55   BLACK_OOO    = 8,
  56   ALL_CASTLES  = 15
  57 };
  58
  59 /// Game phase
  60 enum Phase {
  61   PHASE_ENDGAME = 0,
  62   PHASE_MIDGAME = 128
  63 };
  64
  65
  66 /// The StateInfo struct stores information we need to restore a Position
  67 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
  68 /// is made on the board (by calling Position::do_move), an StateInfo object
  69 /// must be passed as a parameter.
  70
  71 struct StateInfo {
  72   Key pawnKey, materialKey;
  73   int castleRights, rule50, gamePly, pliesFromNull;
  74   Square epSquare;
  75   Score value;
  76   Value npMaterial[2];
  77
  78   PieceType capturedType;
  79   Key key;
  80   Bitboard checkersBB;
  81   StateInfo* previous;
  82 };
  83
  84
  85 /// The position data structure. A position consists of the following data:
  86 ///
  87 ///    * For each piece type, a bitboard representing the squares occupied
  88 ///      by pieces of that type.
  89 ///    * For each color, a bitboard representing the squares occupied by
  90 ///      pieces of that color.
  91 ///    * A bitboard of all occupied squares.
  92 ///    * A bitboard of all checking pieces.
  93 ///    * A 64-entry array of pieces, indexed by the squares of the board.
  94 ///    * The current side to move.
  95 ///    * Information about the castling rights for both sides.
  96 ///    * The initial files of the kings and both pairs of rooks. This is
  97 ///      used to implement the Chess960 castling rules.
  98 ///    * The en passant square (which is SQ_NONE if no en passant capture is
  99 ///      possible).
 100 ///    * The squares of the kings for both sides.
 101 ///    * Hash keys for the position itself, the current pawn structure, and
 102 ///      the current material situation.
 103 ///    * Hash keys for all previous positions in the game for detecting
 104 ///      repetition draws.
 105 ///    * A counter for detecting 50 move rule draws.
 106
 107 class Position {
 108
 109   Position(); // No default or copy c'tor allowed
 110   Position(const Position& pos);
 111
 112 public:
 113   enum GamePhase {
 114       MidGame,
 115       EndGame
 116   };
 117
 118   // Constructors
 119   Position(const Position& pos, int threadID);
 120   Position(const std::string& fen, bool isChess960, int threadID);
 121
 122   // Text input/output
 123   void from_fen(const std::string& fen, bool isChess960);
 124   const std::string to_fen() const;
 125   void print(Move m = MOVE_NONE) const;
 126
 127   // Copying
 128   void flip();
 129
 130   // The piece on a given square
 131   Piece piece_on(Square s) const;
 132   PieceType type_of_piece_on(Square s) const;
 133   Color color_of_piece_on(Square s) const;
 134   bool square_is_empty(Square s) const;
 135   bool square_is_occupied(Square s) const;
 136   Value midgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 137   Value endgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 138
 139   // Side to move
 140   Color side_to_move() const;
 141
 142   // Bitboard representation of the position
 143   Bitboard empty_squares() const;
 144   Bitboard occupied_squares() const;
 145   Bitboard pieces_of_color(Color c) const;
 146   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
 147   Bitboard pieces(PieceType pt, Color c) const;
 148   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 149   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const;
 150
 151   // Number of pieces of each color and type
 152   int piece_count(Color c, PieceType pt) const;
 153
 154   // The en passant square
 155   Square ep_square() const;
 156
 157   // Current king position for each color
 158   Square king_square(Color c) const;
 159
 160   // Castling rights
 161   bool can_castle_kingside(Color c) const;
 162   bool can_castle_queenside(Color c) const;
 163   bool can_castle(Color c) const;
 164   Square initial_kr_square(Color c) const;
 165   Square initial_qr_square(Color c) const;
 166
 167   // Bitboards for pinned pieces and discovered check candidates
 168   Bitboard discovered_check_candidates(Color c) const;
 169   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
 170
 171   // Checking pieces and under check information
 172   Bitboard checkers() const;
 173   bool in_check() const;
 174
 175   // Piece lists
 176   Square piece_list(Color c, PieceType pt, int index) const;
 177   const Square* piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const;
 178
 179   // Information about attacks to or from a given square
 180   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 181   Bitboard attacks_from(Piece p, Square s) const;
 182   static Bitboard attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ);
 183   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
 184   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
 185
 186   // Properties of moves
 187   bool pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const;
 188   bool pl_move_is_evasion(Move m, Bitboard pinned) const;
 189   bool move_is_legal(const Move m) const;
 190   bool move_is_legal(const Move m, Bitboard pinned) const;
 191   bool move_gives_check(Move m) const;
 192   bool move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
 193   bool move_is_capture(Move m) const;
 194   bool move_is_capture_or_promotion(Move m) const;
 195   bool move_is_passed_pawn_push(Move m) const;
 196   bool move_attacks_square(Move m, Square s) const;
 197
 198   // Piece captured with previous moves
 199   PieceType captured_piece_type() const;
 200
 201   // Information about pawns
 202   bool pawn_is_passed(Color c, Square s) const;
 203
 204   // Weak squares
 205   bool square_is_weak(Square s, Color c) const;
 206
 207   // Doing and undoing moves
 208   void do_setup_move(Move m);
 209   void do_move(Move m, StateInfo& st);
 210   void do_move(Move m, StateInfo& st, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck);
 211   void undo_move(Move m);
 212   void do_null_move(StateInfo& st);
 213   void undo_null_move();
 214
 215   // Static exchange evaluation
 216   int see(Square from, Square to) const;
 217   int see(Move m) const;
 218   int see_sign(Move m) const;
 219
 220   // Accessing hash keys
 221   Key get_key() const;
 222   Key get_exclusion_key() const;
 223   Key get_pawn_key() const;
 224   Key get_material_key() const;
 225
 226   // Incremental evaluation
 227   Score value() const;
 228   Value non_pawn_material(Color c) const;
 229   static Score pst_delta(Piece piece, Square from, Square to);
 230
 231   // Game termination checks
 232   bool is_mate() const;
 233   bool is_draw() const;
 234
 235   // Number of plies from starting position
 236   int startpos_ply_counter() const;
 237
 238   // Other properties of the position
 239   bool opposite_colored_bishops() const;
 240   bool has_pawn_on_7th(Color c) const;
 241   bool is_chess960() const;
 242
 243   // Current thread ID searching on the position
 244   int thread() const;
 245
 246   int64_t nodes_searched() const;
 247   void set_nodes_searched(int64_t n);
 248
 249   // Position consistency check, for debugging
 250   bool is_ok(int* failedStep = NULL) const;
 251
 252   // Static member functions
 253   static void init_zobrist();
 254   static void init_piece_square_tables();
 255
 256 private:
 257
 258   // Initialization helper functions (used while setting up a position)
 259   void clear();
 260   void detach();
 261   void put_piece(Piece p, Square s);
 262   void do_allow_oo(Color c);
 263   void do_allow_ooo(Color c);
 264   bool set_castling_rights(char token);
 265
 266   // Helper functions for doing and undoing moves
 267   void do_capture_move(Key& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep);
 268   void do_castle_move(Move m);
 269   void undo_castle_move(Move m);
 270   void find_checkers();
 271
 272   template<bool FindPinned>
 273   Bitboard hidden_checkers(Color c) const;
 274
 275   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
 276   Key compute_key() const;
 277   Key compute_pawn_key() const;
 278   Key compute_material_key() const;
 279
 280   // Computing incremental evaluation scores and material counts
 281   static Score pst(Color c, PieceType pt, Square s);
 282   Score compute_value() const;
 283   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
 284
 285   // Board
 286   Piece board[64];
 287
 288   // Bitboards
 289   Bitboard byTypeBB[8], byColorBB[2];
 290
 291   // Piece counts
 292   int pieceCount[2][8]; // [color][pieceType]
 293
 294   // Piece lists
 295   Square pieceList[2][8][16]; // [color][pieceType][index]
 296   int index[64]; // [square]
 297
 298   // Other info
 299   Color sideToMove;
 300   Key history[MaxGameLength];
 301   int castleRightsMask[64];
 302   StateInfo startState;
 303   File initialKFile, initialKRFile, initialQRFile;
 304   bool chess960;
 305   int startPosPlyCounter;
 306   int threadID;
 307   int64_t nodes;
 308   StateInfo* st;
 309
 310   // Static variables
 311   static Key zobrist[2][8][64];
 312   static Key zobEp[64];
 313   static Key zobCastle[16];
 314   static Key zobSideToMove;
 315   static Score PieceSquareTable[16][64];
 316   static Key zobExclusion;
 317   static const Value seeValues[8];
 318   static const Value PieceValueMidgame[17];
 319   static const Value PieceValueEndgame[17];
 320 };
 321
 322 inline int64_t Position::nodes_searched() const {
 323   return nodes;
 324 }
 325
 326 inline void Position::set_nodes_searched(int64_t n) {
 327   nodes = n;
 328 }
 329
 330 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 331   return board[s];
 332 }
 333
 334 inline Color Position::color_of_piece_on(Square s) const {
 335   return color_of_piece(piece_on(s));
 336 }
 337
 338 inline PieceType Position::type_of_piece_on(Square s) const {
 339   return type_of_piece(piece_on(s));
 340 }
 341
 342 inline bool Position::square_is_empty(Square s) const {
 343   return piece_on(s) == PIECE_NONE;
 344 }
 345
 346 inline bool Position::square_is_occupied(Square s) const {
 347   return !square_is_empty(s);
 348 }
 349
 350 inline Value Position::midgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 351   return PieceValueMidgame[piece_on(s)];
 352 }
 353
 354 inline Value Position::endgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 355   return PieceValueEndgame[piece_on(s)];
 356 }
 357
 358 inline Color Position::side_to_move() const {
 359   return sideToMove;
 360 }
 361
 362 inline Bitboard Position::occupied_squares() const {
 363   return byTypeBB[0];
 364 }
 365
 366 inline Bitboard Position::empty_squares() const {
 367   return ~occupied_squares();
 368 }
 369
 370 inline Bitboard Position::pieces_of_color(Color c) const {
 371   return byColorBB[c];
 372 }
 373
 374 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 375   return byTypeBB[pt];
 376 }
 377
 378 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt, Color c) const {
 379   return byTypeBB[pt] & byColorBB[c];
 380 }
 381
 382 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 383   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 384 }
 385
 386 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const {
 387   return (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]) & byColorBB[c];
 388 }
 389
 390 inline int Position::piece_count(Color c, PieceType pt) const {
 391   return pieceCount[c][pt];
 392 }
 393
 394 inline Square Position::piece_list(Color c, PieceType pt, int idx) const {
 395   return pieceList[c][pt][idx];
 396 }
 397
 398 inline const Square* Position::piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const {
 399   return pieceList[c][pt];
 400 }
 401
 402 inline Square Position::ep_square() const {
 403   return st->epSquare;
 404 }
 405
 406 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 407   return pieceList[c][KING][0];
 408 }
 409
 410 inline bool Position::can_castle_kingside(Color side) const {
 411   return st->castleRights & (1+int(side));
 412 }
 413
 414 inline bool Position::can_castle_queenside(Color side) const {
 415   return st->castleRights & (4+4*int(side));
 416 }
 417
 418 inline bool Position::can_castle(Color side) const {
 419   return can_castle_kingside(side) || can_castle_queenside(side);
 420 }
 421
 422 inline Square Position::initial_kr_square(Color c) const {
 423   return relative_square(c, make_square(initialKRFile, RANK_1));
 424 }
 425
 426 inline Square Position::initial_qr_square(Color c) const {
 427   return relative_square(c, make_square(initialQRFile, RANK_1));
 428 }
 429
 430 template<>
 431 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 432   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
 433 }
 434
 435 template<PieceType Piece> // Knight and King and white pawns
 436 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 437   return StepAttacksBB[Piece][s];
 438 }
 439
 440 template<>
 441 inline Bitboard Position::attacks_from<BISHOP>(Square s) const {
 442   return bishop_attacks_bb(s, occupied_squares());
 443 }
 444
 445 template<>
 446 inline Bitboard Position::attacks_from<ROOK>(Square s) const {
 447   return rook_attacks_bb(s, occupied_squares());
 448 }
 449
 450 template<>
 451 inline Bitboard Position::attacks_from<QUEEN>(Square s) const {
 452   return attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s);
 453 }
 454
 455 inline Bitboard Position::checkers() const {
 456   return st->checkersBB;
 457 }
 458
 459 inline bool Position::in_check() const {
 460   return st->checkersBB != EmptyBoardBB;
 461 }
 462
 463 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
 464   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & passed_pawn_mask(c, s));
 465 }
 466
 467 inline bool Position::square_is_weak(Square s, Color c) const {
 468   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & attack_span_mask(c, s));
 469 }
 470
 471 inline Key Position::get_key() const {
 472   return st->key;
 473 }
 474
 475 inline Key Position::get_exclusion_key() const {
 476   return st->key ^ zobExclusion;
 477 }
 478
 479 inline Key Position::get_pawn_key() const {
 480   return st->pawnKey;
 481 }
 482
 483 inline Key Position::get_material_key() const {
 484   return st->materialKey;
 485 }
 486
 487 inline Score Position::pst(Color c, PieceType pt, Square s) {
 488   return PieceSquareTable[make_piece(c, pt)][s];
 489 }
 490
 491 inline Score Position::pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) {
 492   return PieceSquareTable[piece][to] - PieceSquareTable[piece][from];
 493 }
 494
 495 inline Score Position::value() const {
 496   return st->value;
 497 }
 498
 499 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 500   return st->npMaterial[c];
 501 }
 502
 503 inline bool Position::move_is_passed_pawn_push(Move m) const {
 504
 505   Color c = side_to_move();
 506   return   piece_on(move_from(m)) == make_piece(c, PAWN)
 507         && pawn_is_passed(c, move_to(m));
 508 }
 509
 510 inline int Position::startpos_ply_counter() const {
 511   return startPosPlyCounter;
 512 }
 513
 514 inline bool Position::opposite_colored_bishops() const {
 515
 516   return   piece_count(WHITE, BISHOP) == 1 && piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 517         && opposite_color_squares(piece_list(WHITE, BISHOP, 0), piece_list(BLACK, BISHOP, 0));
 518 }
 519
 520 inline bool Position::has_pawn_on_7th(Color c) const {
 521   return pieces(PAWN, c) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
 522 }
 523
 524 inline bool Position::is_chess960() const {
 525   return chess960;
 526 }
 527
 528 inline bool Position::move_is_capture(Move m) const {
 529
 530   assert (m != MOVE_NONE && m != MOVE_NULL);
 531   return (m & (3 << 15)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 532 }
 533
 534 inline bool Position::move_is_capture_or_promotion(Move m) const {
 535
 536   assert (m != MOVE_NONE && m != MOVE_NULL);
 537   return (m & (0x1F << 12)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 538 }
 539
 540 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
 541   return st->capturedType;
 542 }
 543
 544 inline int Position::thread() const {
 545   return threadID;
 546 }
 547
 548 inline void Position::do_allow_oo(Color c) {
 549   st->castleRights |= (1 + int(c));
 550 }
 551
 552 inline void Position::do_allow_ooo(Color c) {
 553   st->castleRights |= (4 + 4*int(c));
 554 }
 555
 556 #endif // !defined(POSITION_H_INCLUDED)