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(Move m) const;
 217   int see_sign(Move m) const;
 218
 219   // Accessing hash keys
 220   Key get_key() const;
 221   Key get_exclusion_key() const;
 222   Key get_pawn_key() const;
 223   Key get_material_key() const;
 224
 225   // Incremental evaluation
 226   Score value() const;
 227   Value non_pawn_material(Color c) const;
 228   static Score pst_delta(Piece piece, Square from, Square to);
 229
 230   // Game termination checks
 231   bool is_mate() const;
 232   bool is_draw() const;
 233
 234   // Number of plies from starting position
 235   int startpos_ply_counter() const;
 236
 237   // Other properties of the position
 238   bool opposite_colored_bishops() const;
 239   bool has_pawn_on_7th(Color c) const;
 240   bool is_chess960() const;
 241
 242   // Current thread ID searching on the position
 243   int thread() const;
 244
 245   int64_t nodes_searched() const;
 246   void set_nodes_searched(int64_t n);
 247
 248   // Position consistency check, for debugging
 249   bool is_ok(int* failedStep = NULL) const;
 250
 251   // Static member functions
 252   static void init_zobrist();
 253   static void init_piece_square_tables();
 254
 255 private:
 256
 257   // Initialization helper functions (used while setting up a position)
 258   void clear();
 259   void detach();
 260   void put_piece(Piece p, Square s);
 261   void do_allow_oo(Color c);
 262   void do_allow_ooo(Color c);
 263   bool set_castling_rights(char token);
 264
 265   // Helper functions for doing and undoing moves
 266   void do_capture_move(Key& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep);
 267   void do_castle_move(Move m);
 268   void undo_castle_move(Move m);
 269   void find_checkers();
 270
 271   template<bool FindPinned>
 272   Bitboard hidden_checkers(Color c) const;
 273
 274   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
 275   Key compute_key() const;
 276   Key compute_pawn_key() const;
 277   Key compute_material_key() const;
 278
 279   // Computing incremental evaluation scores and material counts
 280   static Score pst(Color c, PieceType pt, Square s);
 281   Score compute_value() const;
 282   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
 283
 284   // Board
 285   Piece board[64];
 286
 287   // Bitboards
 288   Bitboard byTypeBB[8], byColorBB[2];
 289
 290   // Piece counts
 291   int pieceCount[2][8]; // [color][pieceType]
 292
 293   // Piece lists
 294   Square pieceList[2][8][16]; // [color][pieceType][index]
 295   int index[64]; // [square]
 296
 297   // Other info
 298   Color sideToMove;
 299   Key history[MaxGameLength];
 300   int castleRightsMask[64];
 301   StateInfo startState;
 302   File initialKFile, initialKRFile, initialQRFile;
 303   bool chess960;
 304   int startPosPlyCounter;
 305   int threadID;
 306   int64_t nodes;
 307   StateInfo* st;
 308
 309   // Static variables
 310   static Key zobrist[2][8][64];
 311   static Key zobEp[64];
 312   static Key zobCastle[16];
 313   static Key zobSideToMove;
 314   static Score PieceSquareTable[16][64];
 315   static Key zobExclusion;
 316   static const Value seeValues[8];
 317   static const Value PieceValueMidgame[17];
 318   static const Value PieceValueEndgame[17];
 319 };
 320
 321 inline int64_t Position::nodes_searched() const {
 322   return nodes;
 323 }
 324
 325 inline void Position::set_nodes_searched(int64_t n) {
 326   nodes = n;
 327 }
 328
 329 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 330   return board[s];
 331 }
 332
 333 inline Color Position::color_of_piece_on(Square s) const {
 334   return color_of_piece(piece_on(s));
 335 }
 336
 337 inline PieceType Position::type_of_piece_on(Square s) const {
 338   return type_of_piece(piece_on(s));
 339 }
 340
 341 inline bool Position::square_is_empty(Square s) const {
 342   return piece_on(s) == PIECE_NONE;
 343 }
 344
 345 inline bool Position::square_is_occupied(Square s) const {
 346   return !square_is_empty(s);
 347 }
 348
 349 inline Value Position::midgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 350   return PieceValueMidgame[piece_on(s)];
 351 }
 352
 353 inline Value Position::endgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 354   return PieceValueEndgame[piece_on(s)];
 355 }
 356
 357 inline Color Position::side_to_move() const {
 358   return sideToMove;
 359 }
 360
 361 inline Bitboard Position::occupied_squares() const {
 362   return byTypeBB[0];
 363 }
 364
 365 inline Bitboard Position::empty_squares() const {
 366   return ~occupied_squares();
 367 }
 368
 369 inline Bitboard Position::pieces_of_color(Color c) const {
 370   return byColorBB[c];
 371 }
 372
 373 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 374   return byTypeBB[pt];
 375 }
 376
 377 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt, Color c) const {
 378   return byTypeBB[pt] & byColorBB[c];
 379 }
 380
 381 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 382   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 383 }
 384
 385 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const {
 386   return (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]) & byColorBB[c];
 387 }
 388
 389 inline int Position::piece_count(Color c, PieceType pt) const {
 390   return pieceCount[c][pt];
 391 }
 392
 393 inline Square Position::piece_list(Color c, PieceType pt, int idx) const {
 394   return pieceList[c][pt][idx];
 395 }
 396
 397 inline const Square* Position::piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const {
 398   return pieceList[c][pt];
 399 }
 400
 401 inline Square Position::ep_square() const {
 402   return st->epSquare;
 403 }
 404
 405 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 406   return pieceList[c][KING][0];
 407 }
 408
 409 inline bool Position::can_castle_kingside(Color side) const {
 410   return st->castleRights & (1+int(side));
 411 }
 412
 413 inline bool Position::can_castle_queenside(Color side) const {
 414   return st->castleRights & (4+4*int(side));
 415 }
 416
 417 inline bool Position::can_castle(Color side) const {
 418   return can_castle_kingside(side) || can_castle_queenside(side);
 419 }
 420
 421 inline Square Position::initial_kr_square(Color c) const {
 422   return relative_square(c, make_square(initialKRFile, RANK_1));
 423 }
 424
 425 inline Square Position::initial_qr_square(Color c) const {
 426   return relative_square(c, make_square(initialQRFile, RANK_1));
 427 }
 428
 429 template<>
 430 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 431   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
 432 }
 433
 434 template<PieceType Piece> // Knight and King and white pawns
 435 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 436   return StepAttacksBB[Piece][s];
 437 }
 438
 439 template<>
 440 inline Bitboard Position::attacks_from<BISHOP>(Square s) const {
 441   return bishop_attacks_bb(s, occupied_squares());
 442 }
 443
 444 template<>
 445 inline Bitboard Position::attacks_from<ROOK>(Square s) const {
 446   return rook_attacks_bb(s, occupied_squares());
 447 }
 448
 449 template<>
 450 inline Bitboard Position::attacks_from<QUEEN>(Square s) const {
 451   return attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s);
 452 }
 453
 454 inline Bitboard Position::checkers() const {
 455   return st->checkersBB;
 456 }
 457
 458 inline bool Position::in_check() const {
 459   return st->checkersBB != EmptyBoardBB;
 460 }
 461
 462 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
 463   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & passed_pawn_mask(c, s));
 464 }
 465
 466 inline bool Position::square_is_weak(Square s, Color c) const {
 467   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & attack_span_mask(c, s));
 468 }
 469
 470 inline Key Position::get_key() const {
 471   return st->key;
 472 }
 473
 474 inline Key Position::get_exclusion_key() const {
 475   return st->key ^ zobExclusion;
 476 }
 477
 478 inline Key Position::get_pawn_key() const {
 479   return st->pawnKey;
 480 }
 481
 482 inline Key Position::get_material_key() const {
 483   return st->materialKey;
 484 }
 485
 486 inline Score Position::pst(Color c, PieceType pt, Square s) {
 487   return PieceSquareTable[make_piece(c, pt)][s];
 488 }
 489
 490 inline Score Position::pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) {
 491   return PieceSquareTable[piece][to] - PieceSquareTable[piece][from];
 492 }
 493
 494 inline Score Position::value() const {
 495   return st->value;
 496 }
 497
 498 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 499   return st->npMaterial[c];
 500 }
 501
 502 inline bool Position::move_is_passed_pawn_push(Move m) const {
 503
 504   Color c = side_to_move();
 505   return   piece_on(move_from(m)) == make_piece(c, PAWN)
 506         && pawn_is_passed(c, move_to(m));
 507 }
 508
 509 inline int Position::startpos_ply_counter() const {
 510   return startPosPlyCounter;
 511 }
 512
 513 inline bool Position::opposite_colored_bishops() const {
 514
 515   return   piece_count(WHITE, BISHOP) == 1 && piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 516         && opposite_color_squares(piece_list(WHITE, BISHOP, 0), piece_list(BLACK, BISHOP, 0));
 517 }
 518
 519 inline bool Position::has_pawn_on_7th(Color c) const {
 520   return pieces(PAWN, c) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
 521 }
 522
 523 inline bool Position::is_chess960() const {
 524   return chess960;
 525 }
 526
 527 inline bool Position::move_is_capture(Move m) const {
 528
 529   assert (m != MOVE_NONE && m != MOVE_NULL);
 530   return !square_is_empty(move_to(m)) || move_is_ep(m);
 531 }
 532
 533 inline bool Position::move_is_capture_or_promotion(Move m) const {
 534
 535   assert (m != MOVE_NONE && m != MOVE_NULL);
 536   return move_is_capture(m) || move_is_promotion(m);
 537 }
 538
 539 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
 540   return st->capturedType;
 541 }
 542
 543 inline int Position::thread() const {
 544   return threadID;
 545 }
 546
 547 inline void Position::do_allow_oo(Color c) {
 548   st->castleRights |= (1 + int(c));
 549 }
 550
 551 inline void Position::do_allow_ooo(Color c) {
 552   st->castleRights |= (4 + 4*int(c));
 553 }
 554
 555 #endif // !defined(POSITION_H_INCLUDED)