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) 2008-2009 Marco Costalba
   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
  21 #if !defined(POSITION_H_INCLUDED)
  22 #define POSITION_H_INCLUDED
  23
  24 // Disable some silly and noisy warning from MSVC compiler
  25 #if defined(_MSC_VER)
  26
  27 // Forcing value to bool 'true' or 'false' (performance warning)
  28 #pragma warning(disable: 4800)
  29
  30 // Conditional expression is constant
  31 #pragma warning(disable: 4127)
  32
  33
  34 #endif
  35
  36 ////
  37 //// Includes
  38 ////
  39
  40 #include "bitboard.h"
  41 #include "color.h"
  42 #include "direction.h"
  43 #include "move.h"
  44 #include "piece.h"
  45 #include "square.h"
  46 #include "value.h"
  47
  48
  49 ////
  50 //// Constants
  51 ////
  52
  53 /// FEN string for the initial position
  54 const std::string StartPosition = "rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq - 0 1";
  55
  56 /// Maximum number of plies per game (220 should be enough, because the
  57 /// maximum search depth is 100, and during position setup we reset the
  58 /// move counter for every non-reversible move).
  59 const int MaxGameLength = 220;
  60
  61
  62 ////
  63 //// Types
  64 ////
  65
  66 /// Castle rights, encoded as bit fields
  67
  68 enum CastleRights {
  69   NO_CASTLES  = 0,
  70   WHITE_OO    = 1,
  71   BLACK_OO    = 2,
  72   WHITE_OOO   = 4,
  73   BLACK_OOO   = 8,
  74   ALL_CASTLES = 15
  75 };
  76
  77 /// Game phase
  78 enum Phase {
  79   PHASE_ENDGAME = 0,
  80   PHASE_MIDGAME = 128
  81 };
  82
  83
  84 /// The StateInfo struct stores information we need to restore a Position
  85 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
  86 /// is made on the board (by calling Position::do_move), an StateInfo object
  87 /// must be passed as a parameter.
  88
  89 struct StateInfo {
  90   Key key, pawnKey, materialKey;
  91   int castleRights, rule50, pliesFromNull;
  92   Square epSquare;
  93   Value mgValue, egValue;
  94   Value npMaterial[2];
  95
  96   PieceType capture;
  97   Bitboard checkersBB;
  98   StateInfo* previous;
  99 };
 100
 101
 102 /// The position data structure. A position consists of the following data:
 103 ///
 104 ///    * For each piece type, a bitboard representing the squares occupied
 105 ///      by pieces of that type.
 106 ///    * For each color, a bitboard representing the squares occupied by
 107 ///      pieces of that color.
 108 ///    * A bitboard of all occupied squares.
 109 ///    * A bitboard of all checking pieces.
 110 ///    * A 64-entry array of pieces, indexed by the squares of the board.
 111 ///    * The current side to move.
 112 ///    * Information about the castling rights for both sides.
 113 ///    * The initial files of the kings and both pairs of rooks. This is
 114 ///      used to implement the Chess960 castling rules.
 115 ///    * The en passant square (which is SQ_NONE if no en passant capture is
 116 ///      possible).
 117 ///    * The squares of the kings for both sides.
 118 ///    * Hash keys for the position itself, the current pawn structure, and
 119 ///      the current material situation.
 120 ///    * Hash keys for all previous positions in the game for detecting
 121 ///      repetition draws.
 122 ///    * A counter for detecting 50 move rule draws.
 123
 124 class Position {
 125
 126   friend class MaterialInfo;
 127   friend class EndgameFunctions;
 128
 129 public:
 130   enum GamePhase {
 131       MidGame,
 132       EndGame
 133   };
 134
 135   // Constructors
 136   Position() {}
 137   Position(const Position& pos);
 138   Position(const std::string& fen);
 139
 140   // Text input/output
 141   void from_fen(const std::string& fen);
 142   const std::string to_fen() const;
 143   void print(Move m = MOVE_NONE) const;
 144
 145   // Copying
 146   void copy(const Position& pos);
 147   void flipped_copy(const Position& pos);
 148
 149   // The piece on a given square
 150   Piece piece_on(Square s) const;
 151   PieceType type_of_piece_on(Square s) const;
 152   Color color_of_piece_on(Square s) const;
 153   bool square_is_empty(Square s) const;
 154   bool square_is_occupied(Square s) const;
 155   Value midgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 156   Value endgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 157
 158   // Side to move
 159   Color side_to_move() const;
 160
 161   // Bitboard representation of the position
 162   Bitboard empty_squares() const;
 163   Bitboard occupied_squares() const;
 164   Bitboard pieces_of_color(Color c) const;
 165   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
 166   Bitboard pieces(PieceType pt, Color c) const;
 167   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 168   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const;
 169
 170   // Number of pieces of each color and type
 171   int piece_count(Color c, PieceType pt) const;
 172
 173   // The en passant square
 174   Square ep_square() const;
 175
 176   // Current king position for each color
 177   Square king_square(Color c) const;
 178
 179   // Castling rights
 180   bool can_castle_kingside(Color c) const;
 181   bool can_castle_queenside(Color c) const;
 182   bool can_castle(Color c) const;
 183   Square initial_kr_square(Color c) const;
 184   Square initial_qr_square(Color c) const;
 185
 186   // Bitboards for pinned pieces and discovered check candidates
 187   Bitboard discovered_check_candidates(Color c) const;
 188   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
 189
 190   // Checking pieces and under check information
 191   Bitboard checkers() const;
 192   bool is_check() const;
 193
 194   // Piece lists
 195   Square piece_list(Color c, PieceType pt, int index) const;
 196   const Square* piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const;
 197
 198   // Information about attacks to or from a given square
 199   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 200   Bitboard attacks_from(Piece p, Square s) const;
 201   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
 202   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
 203
 204   // Properties of moves
 205   bool pl_move_is_legal(Move m) const;
 206   bool pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const;
 207   bool move_is_check(Move m) const;
 208   bool move_is_check(Move m, Bitboard dcCandidates) const;
 209   bool move_is_capture(Move m) const;
 210   bool move_is_capture_or_promotion(Move m) const;
 211   bool move_is_passed_pawn_push(Move m) const;
 212   bool move_attacks_square(Move m, Square s) const;
 213
 214   // Information about pawns
 215   bool pawn_is_passed(Color c, Square s) const;
 216   static bool pawn_is_passed(Bitboard theirPawns, Color c, Square s);
 217   static bool pawn_is_isolated(Bitboard ourPawns, Square s);
 218   static bool pawn_is_doubled(Bitboard ourPawns, Color c, Square s);
 219
 220   // Weak squares
 221   bool square_is_weak(Square s, Color c) const;
 222
 223   // Doing and undoing moves
 224   void saveState();
 225   void do_move(Move m, StateInfo& st);
 226   void do_move(Move m, StateInfo& st, Bitboard dcCandidates);
 227   void undo_move(Move m);
 228   void do_null_move(StateInfo& st);
 229   void undo_null_move();
 230
 231   // Static exchange evaluation
 232   int see(Square from, Square to, bool shortcut) const;
 233   int see(Move m) const;
 234   int see(Square to) const;
 235   int see_sign(Move m) const;
 236
 237   // Accessing hash keys
 238   Key get_key() const;
 239   Key get_pawn_key() const;
 240   Key get_material_key() const;
 241
 242   // Incremental evaluation
 243   Value mg_value() const;
 244   Value eg_value() const;
 245   Value non_pawn_material(Color c) const;
 246   Phase game_phase() const;
 247   template<GamePhase> Value pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const;
 248
 249   // Game termination checks
 250   bool is_mate() const;
 251   bool is_draw() const;
 252
 253   // Check if one side threatens a mate in one
 254   bool has_mate_threat(Color c);
 255
 256   // Number of plies since the last non-reversible move
 257   int rule_50_counter() const;
 258
 259   // Other properties of the position
 260   bool opposite_colored_bishops() const;
 261   bool has_pawn_on_7th(Color c) const;
 262
 263   // Reset the gamePly variable to 0
 264   void reset_game_ply();
 265
 266   // Position consistency check, for debugging
 267   bool is_ok(int* failedStep = NULL) const;
 268
 269   // Static member functions
 270   static void init_zobrist();
 271   static void init_piece_square_tables();
 272
 273 private:
 274
 275   // Initialization helper functions (used while setting up a position)
 276   void clear();
 277   void put_piece(Piece p, Square s);
 278   void allow_oo(Color c);
 279   void allow_ooo(Color c);
 280
 281   // Helper functions for doing and undoing moves
 282   void do_capture_move(Bitboard& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep);
 283   void do_castle_move(Move m);
 284   void undo_castle_move(Move m);
 285   void find_checkers();
 286
 287   template<PieceType Piece>
 288   void update_checkers(Bitboard* pCheckersBB, Square ksq, Square from, Square to, Bitboard dcCandidates);
 289
 290   template<bool FindPinned>
 291   Bitboard hidden_checkers(Color c) const;
 292
 293   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
 294   Key compute_key() const;
 295   Key compute_pawn_key() const;
 296   Key compute_material_key() const;
 297
 298   // Computing incremental evaluation scores and material counts
 299   template<GamePhase> Value pst(Color c, PieceType pt, Square s) const;
 300   template<GamePhase> Value compute_value() const;
 301   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
 302
 303   // Board
 304   Piece board[64];
 305
 306   // Bitboards
 307   Bitboard byTypeBB[8], byColorBB[2];
 308
 309   // Piece counts
 310   int pieceCount[2][8]; // [color][pieceType]
 311
 312   // Piece lists
 313   Square pieceList[2][8][16]; // [color][pieceType][index]
 314   int index[64]; // [square]
 315
 316   // Other info
 317   Color sideToMove;
 318   int gamePly;
 319   Key history[MaxGameLength];
 320   File initialKFile, initialKRFile, initialQRFile;
 321   StateInfo startState;
 322   StateInfo* st;
 323
 324   // Static variables
 325   static int castleRightsMask[64];
 326   static Key zobrist[2][8][64];
 327   static Key zobEp[64];
 328   static Key zobCastle[16];
 329   static Key zobMaterial[2][8][16];
 330   static Key zobSideToMove;
 331   static Value MgPieceSquareTable[16][64];
 332   static Value EgPieceSquareTable[16][64];
 333 };
 334
 335
 336 ////
 337 //// Inline functions
 338 ////
 339
 340 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 341   return board[s];
 342 }
 343
 344 inline Color Position::color_of_piece_on(Square s) const {
 345   return color_of_piece(piece_on(s));
 346 }
 347
 348 inline PieceType Position::type_of_piece_on(Square s) const {
 349   return type_of_piece(piece_on(s));
 350 }
 351
 352 inline bool Position::square_is_empty(Square s) const {
 353   return piece_on(s) == EMPTY;
 354 }
 355
 356 inline bool Position::square_is_occupied(Square s) const {
 357   return !square_is_empty(s);
 358 }
 359
 360 inline Value Position::midgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 361   return piece_value_midgame(piece_on(s));
 362 }
 363
 364 inline Value Position::endgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 365   return piece_value_endgame(piece_on(s));
 366 }
 367
 368 inline Color Position::side_to_move() const {
 369   return sideToMove;
 370 }
 371
 372 inline Bitboard Position::occupied_squares() const {
 373   return byTypeBB[0];
 374 }
 375
 376 inline Bitboard Position::empty_squares() const {
 377   return ~(occupied_squares());
 378 }
 379
 380 inline Bitboard Position::pieces_of_color(Color c) const {
 381   return byColorBB[c];
 382 }
 383
 384 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 385   return byTypeBB[pt];
 386 }
 387
 388 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt, Color c) const {
 389   return byTypeBB[pt] & byColorBB[c];
 390 }
 391
 392 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 393   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 394 }
 395
 396 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const {
 397   return (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]) & byColorBB[c];
 398 }
 399
 400 inline int Position::piece_count(Color c, PieceType pt) const {
 401   return pieceCount[c][pt];
 402 }
 403
 404 inline Square Position::piece_list(Color c, PieceType pt, int index) const {
 405   return pieceList[c][pt][index];
 406 }
 407
 408 inline const Square* Position::piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const {
 409   return pieceList[c][pt];
 410 }
 411
 412 inline Square Position::ep_square() const {
 413   return st->epSquare;
 414 }
 415
 416 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 417   return pieceList[c][KING][0];
 418 }
 419
 420 inline bool Position::can_castle_kingside(Color side) const {
 421   return st->castleRights & (1+int(side));
 422 }
 423
 424 inline bool Position::can_castle_queenside(Color side) const {
 425   return st->castleRights & (4+4*int(side));
 426 }
 427
 428 inline bool Position::can_castle(Color side) const {
 429   return can_castle_kingside(side) || can_castle_queenside(side);
 430 }
 431
 432 inline Square Position::initial_kr_square(Color c) const {
 433   return relative_square(c, make_square(initialKRFile, RANK_1));
 434 }
 435
 436 inline Square Position::initial_qr_square(Color c) const {
 437   return relative_square(c, make_square(initialQRFile, RANK_1));
 438 }
 439
 440 template<>
 441 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 442   return StepAttackBB[piece_of_color_and_type(c, PAWN)][s];
 443 }
 444
 445 template<PieceType Piece> // Knight and King and white pawns
 446 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 447   return StepAttackBB[Piece][s];
 448 }
 449
 450 template<>
 451 inline Bitboard Position::attacks_from<BISHOP>(Square s) const {
 452   return bishop_attacks_bb(s, occupied_squares());
 453 }
 454
 455 template<>
 456 inline Bitboard Position::attacks_from<ROOK>(Square s) const {
 457   return rook_attacks_bb(s, occupied_squares());
 458 }
 459
 460 template<>
 461 inline Bitboard Position::attacks_from<QUEEN>(Square s) const {
 462   return attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s);
 463 }
 464
 465 inline Bitboard Position::checkers() const {
 466   return st->checkersBB;
 467 }
 468
 469 inline bool Position::is_check() const {
 470   return st->checkersBB != EmptyBoardBB;
 471 }
 472
 473 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
 474   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & passed_pawn_mask(c, s));
 475 }
 476
 477 inline bool Position::pawn_is_passed(Bitboard theirPawns, Color c, Square s) {
 478   return !(theirPawns & passed_pawn_mask(c, s));
 479 }
 480
 481 inline bool Position::pawn_is_isolated(Bitboard ourPawns, Square s) {
 482   return !(ourPawns & neighboring_files_bb(s));
 483 }
 484
 485 inline bool Position::pawn_is_doubled(Bitboard ourPawns, Color c, Square s) {
 486   return ourPawns & squares_behind(c, s);
 487 }
 488
 489 inline bool Position::square_is_weak(Square s, Color c) const {
 490   return !(pieces(PAWN, c) & outpost_mask(opposite_color(c), s));
 491 }
 492
 493 inline Key Position::get_key() const {
 494   return st->key;
 495 }
 496
 497 inline Key Position::get_pawn_key() const {
 498   return st->pawnKey;
 499 }
 500
 501 inline Key Position::get_material_key() const {
 502   return st->materialKey;
 503 }
 504
 505 template<Position::GamePhase Ph>
 506 inline Value Position::pst(Color c, PieceType pt, Square s) const {
 507   return (Ph == MidGame ? MgPieceSquareTable[piece_of_color_and_type(c, pt)][s]
 508                         : EgPieceSquareTable[piece_of_color_and_type(c, pt)][s]);
 509 }
 510
 511 template<Position::GamePhase Ph>
 512 inline Value Position::pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const {
 513   return (Ph == MidGame ? MgPieceSquareTable[piece][to] - MgPieceSquareTable[piece][from]
 514                         : EgPieceSquareTable[piece][to] - EgPieceSquareTable[piece][from]);
 515 }
 516
 517 inline Value Position::mg_value() const {
 518   return st->mgValue;
 519 }
 520
 521 inline Value Position::eg_value() const {
 522   return st->egValue;
 523 }
 524
 525 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 526   return st->npMaterial[c];
 527 }
 528
 529 inline Phase Position::game_phase() const {
 530
 531   // Values modified by Joona Kiiski
 532   static const Value MidgameLimit = Value(15581);
 533   static const Value EndgameLimit = Value(3998);
 534
 535   Value npm = non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK);
 536
 537   if (npm >= MidgameLimit)
 538       return PHASE_MIDGAME;
 539   else if(npm <= EndgameLimit)
 540       return PHASE_ENDGAME;
 541   else
 542       return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 543 }
 544
 545 inline bool Position::move_is_passed_pawn_push(Move m) const {
 546
 547   Color c = side_to_move();
 548   return   piece_on(move_from(m)) == piece_of_color_and_type(c, PAWN)
 549         && pawn_is_passed(c, move_to(m));
 550 }
 551
 552 inline int Position::rule_50_counter() const {
 553
 554   return st->rule50;
 555 }
 556
 557 inline bool Position::opposite_colored_bishops() const {
 558
 559   return   piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 560         && piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 561         && square_color(piece_list(WHITE, BISHOP, 0)) != square_color(piece_list(BLACK, BISHOP, 0));
 562 }
 563
 564 inline bool Position::has_pawn_on_7th(Color c) const {
 565
 566   return pieces(PAWN, c) & relative_rank_bb(c, RANK_7);
 567 }
 568
 569 inline bool Position::move_is_capture(Move m) const {
 570
 571   // Move must not be MOVE_NONE !
 572   return (m & (3 << 15)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 573 }
 574
 575 inline bool Position::move_is_capture_or_promotion(Move m) const {
 576
 577   // Move must not be MOVE_NONE !
 578   return (m & (0x1F << 12)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 579 }
 580
 581 #endif // !defined(POSITION_H_INCLUDED)