8342df3c1efa067dea1f688fdb42d719d33c68f6
[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   void increment_nodes();
138   void increment_tbHits();
139
140   // Static Exchange Evaluation
141   bool see_ge(Move m, Value threshold = VALUE_ZERO) const;
142
143   // Accessing hash keys
144   Key key() const;
145   Key key_after(Move m) const;
146   Key material_key() const;
147   Key pawn_key() const;
148
149   // Other properties of the position
150   Color side_to_move() const;
151   Phase game_phase() const;
152   int game_ply() const;
153   bool is_chess960() const;
154   Thread* this_thread() const;
155   uint64_t nodes_searched() const;
156   uint64_t tb_hits() const;
157   bool is_draw(int ply) const;
158   int rule50_count() const;
159   Score psq_score() const;
160   Value non_pawn_material(Color c) const;
161   Value non_pawn_material() const;
162
163   // Position consistency check, for debugging
164   bool pos_is_ok() const;
165   void flip();
166
167 private:
168   // Initialization helpers (used while setting up a position)
169   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
170   void set_state(StateInfo* si) const;
171   void set_check_info(StateInfo* si) const;
172
173   // Other helpers
174   void put_piece(Piece pc, Square s);
175   void remove_piece(Piece pc, Square s);
176   void move_piece(Piece pc, Square from, Square to);
177   template<bool Do>
178   void do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
179
180   // Data members
181   Piece board[SQUARE_NB];
182   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
183   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
184   int pieceCount[PIECE_NB];
185   Square pieceList[PIECE_NB][16];
186   int index[SQUARE_NB];
187   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
188   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
189   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
190   uint64_t nodes;
191   uint64_t tbHits;
192   int gamePly;
193   Color sideToMove;
194   Thread* thisThread;
195   StateInfo* st;
196   bool chess960;
197 };
198
199 extern std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos);
200
201 inline Color Position::side_to_move() const {
202   return sideToMove;
203 }
204
205 inline bool Position::empty(Square s) const {
206   return board[s] == NO_PIECE;
207 }
208
209 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
210   return board[s];
211 }
212
213 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
214   return board[from_sq(m)];
215 }
216
217 inline Bitboard Position::pieces() const {
218   return byTypeBB[ALL_PIECES];
219 }
220
221 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
222   return byTypeBB[pt];
223 }
224
225 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
226   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
227 }
228
229 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
230   return byColorBB[c];
231 }
232
233 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
234   return byColorBB[c] & byTypeBB[pt];
235 }
236
237 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
238   return byColorBB[c] & (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]);
239 }
240
241 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
242   return pieceCount[make_piece(c, Pt)];
243 }
244
245 template<PieceType Pt> inline int Position::count() const {
246   return pieceCount[make_piece(WHITE, Pt)] + pieceCount[make_piece(BLACK, Pt)];
247 }
248
249 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::squares(Color c) const {
250   return pieceList[make_piece(c, Pt)];
251 }
252
253 template<PieceType Pt> inline Square Position::square(Color c) const {
254   assert(pieceCount[make_piece(c, Pt)] == 1);
255   return pieceList[make_piece(c, Pt)][0];
256 }
257
258 inline Square Position::ep_square() const {
259   return st->epSquare;
260 }
261
262 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
263   return st->castlingRights & cr;
264 }
265
266 inline int Position::can_castle(Color c) const {
267   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
268 }
269
270 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
271   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
272 }
273
274 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
275   return castlingRookSquare[cr];
276 }
277
278 template<PieceType Pt>
279 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
280   assert(Pt != PAWN);
281   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, byTypeBB[ALL_PIECES])
282         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
283         : PseudoAttacks[Pt][s];
284 }
285
286 template<>
287 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
288   return PawnAttacks[c][s];
289 }
290
291 inline Bitboard Position::attacks_from(PieceType pt, Square s) const {
292   return attacks_bb(pt, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
293 }
294
295 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
296   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
297 }
298
299 inline Bitboard Position::checkers() const {
300   return st->checkersBB;
301 }
302
303 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
304   return st->blockersForKing[~sideToMove] & pieces(sideToMove);
305 }
306
307 inline Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
308   return st->blockersForKing[c] & pieces(c);
309 }
310
311 inline Bitboard Position::check_squares(PieceType pt) const {
312   return st->checkSquares[pt];
313 }
314
315 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
316   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
317 }
318
319 inline bool Position::advanced_pawn_push(Move m) const {
320   return   type_of(moved_piece(m)) == PAWN
321         && relative_rank(sideToMove, from_sq(m)) > RANK_4;
322 }
323
324 inline Key Position::key() const {
325   return st->key;
326 }
327
328 inline Key Position::pawn_key() const {
329   return st->pawnKey;
330 }
331
332 inline Key Position::material_key() const {
333   return st->materialKey;
334 }
335
336 inline Score Position::psq_score() const {
337   return st->psq;
338 }
339
340 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
341   return st->nonPawnMaterial[c];
342 }
343
344 inline Value Position::non_pawn_material() const {
345   return st->nonPawnMaterial[WHITE] + st->nonPawnMaterial[BLACK];
346 }
347
348 inline int Position::game_ply() const {
349   return gamePly;
350 }
351
352 inline int Position::rule50_count() const {
353   return st->rule50;
354 }
355
356 inline uint64_t Position::nodes_searched() const {
357   return nodes;
358 }
359
360 inline void Position::increment_nodes() {
361   nodes++;
362 }
363
364 inline uint64_t Position::tb_hits() const {
365   return tbHits;
366 }
367
368 inline void Position::increment_tbHits() {
369   tbHits++;
370 }
371
372 inline bool Position::opposite_bishops() const {
373   return   pieceCount[W_BISHOP] == 1
374         && pieceCount[B_BISHOP] == 1
375         && opposite_colors(square<BISHOP>(WHITE), square<BISHOP>(BLACK));
376 }
377
378 inline bool Position::is_chess960() const {
379   return chess960;
380 }
381
382 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
383   assert(is_ok(m));
384   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
385 }
386
387 inline bool Position::capture(Move m) const {
388   assert(is_ok(m));
389   // Castling is encoded as "king captures rook"
390   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
391 }
392
393 inline Piece Position::captured_piece() const {
394   return st->capturedPiece;
395 }
396
397 inline Thread* Position::this_thread() const {
398   return thisThread;
399 }
400
401 inline void Position::put_piece(Piece pc, Square s) {
402
403   board[s] = pc;
404   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
405   byTypeBB[type_of(pc)] |= s;
406   byColorBB[color_of(pc)] |= s;
407   index[s] = pieceCount[pc]++;
408   pieceList[pc][index[s]] = s;
409   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]++;
410 }
411
412 inline void Position::remove_piece(Piece pc, Square s) {
413
414   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
415   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
416   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
417   // are not invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
418   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
419   byTypeBB[type_of(pc)] ^= s;
420   byColorBB[color_of(pc)] ^= s;
421   /* board[s] = NO_PIECE;  Not needed, overwritten by the capturing one */
422   Square lastSquare = pieceList[pc][--pieceCount[pc]];
423   index[lastSquare] = index[s];
424   pieceList[pc][index[lastSquare]] = lastSquare;
425   pieceList[pc][pieceCount[pc]] = SQ_NONE;
426   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]--;
427 }
428
429 inline void Position::move_piece(Piece pc, Square from, Square to) {
430
431   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long as index[]
432   // is accessed just by known occupied squares.
433   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
434   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
435   byTypeBB[type_of(pc)] ^= from_to_bb;
436   byColorBB[color_of(pc)] ^= from_to_bb;
437   board[from] = NO_PIECE;
438   board[to] = pc;
439   index[to] = index[from];
440   pieceList[pc][index[to]] = to;
441 }
442
443 inline void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
444   do_move(m, newSt, gives_check(m));
445 }
446
447 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED