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) 2008-2013 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 #ifndef POSITION_H_INCLUDED
  21 #define POSITION_H_INCLUDED
  22
  23 #include <cassert>
  24 #include <cstddef>
  25
  26 #include "bitboard.h"
  27 #include "types.h"
  28
  29
  30 /// The checkInfo struct is initialized at c'tor time and keeps info used
  31 /// to detect if a move gives check.
  32 class Position;
  33 struct Thread;
  34
  35 struct CheckInfo {
  36
  37   explicit CheckInfo(const Position&);
  38
  39   Bitboard dcCandidates;
  40   Bitboard pinned;
  41   Bitboard checkSq[PIECE_TYPE_NB];
  42   Square ksq;
  43 };
  44
  45
  46 /// The StateInfo struct stores information we need to restore a Position
  47 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
  48 /// is made on the board (by calling Position::do_move), a StateInfo object
  49 /// must be passed as a parameter.
  50
  51 struct StateInfo {
  52   Key pawnKey, materialKey;
  53   Value npMaterial[COLOR_NB];
  54   int castleRights, rule50, pliesFromNull;
  55   Score psq;
  56   Square epSquare;
  57
  58   Key key;
  59   Bitboard checkersBB;
  60   PieceType capturedType;
  61   StateInfo* previous;
  62 };
  63
  64
  65 /// When making a move the current StateInfo up to 'key' excluded is copied to
  66 /// the new one. Here we calculate the quad words (64bits) needed to be copied.
  67 const size_t StateCopySize64 = offsetof(StateInfo, key) / sizeof(uint64_t) + 1;
  68
  69
  70 /// The position data structure. A position consists of the following data:
  71 ///
  72 ///    * For each piece type, a bitboard representing the squares occupied
  73 ///      by pieces of that type.
  74 ///    * For each color, a bitboard representing the squares occupied by
  75 ///      pieces of that color.
  76 ///    * A bitboard of all occupied squares.
  77 ///    * A bitboard of all checking pieces.
  78 ///    * A 64-entry array of pieces, indexed by the squares of the board.
  79 ///    * The current side to move.
  80 ///    * Information about the castling rights for both sides.
  81 ///    * The initial files of the kings and both pairs of rooks. This is
  82 ///      used to implement the Chess960 castling rules.
  83 ///    * The en passant square (which is SQ_NONE if no en passant capture is
  84 ///      possible).
  85 ///    * The squares of the kings for both sides.
  86 ///    * Hash keys for the position itself, the current pawn structure, and
  87 ///      the current material situation.
  88 ///    * Hash keys for all previous positions in the game for detecting
  89 ///      repetition draws.
  90 ///    * A counter for detecting 50 move rule draws.
  91
  92 class Position {
  93 public:
  94   Position() {}
  95   Position(const Position& p, Thread* t) { *this = p; thisThread = t; }
  96   Position(const std::string& f, bool c960, Thread* t) { set(f, c960, t); }
  97   Position& operator=(const Position&);
  98   static void init();
  99
 100   // Text input/output
 101   void set(const std::string& fen, bool isChess960, Thread* th);
 102   const std::string fen() const;
 103   const std::string pretty(Move m = MOVE_NONE) const;
 104
 105   // Position representation
 106   Bitboard pieces() const;
 107   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
 108   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 109   Bitboard pieces(Color c) const;
 110   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
 111   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 112   Piece piece_on(Square s) const;
 113   Square king_square(Color c) const;
 114   Square ep_square() const;
 115   bool is_empty(Square s) const;
 116   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
 117   template<PieceType Pt> const Square* list(Color c) const;
 118
 119   // Castling
 120   int can_castle(CastleRight f) const;
 121   int can_castle(Color c) const;
 122   bool castle_impeded(Color c, CastlingSide s) const;
 123   Square castle_rook_square(Color c, CastlingSide s) const;
 124
 125   // Checking
 126   Bitboard checkers() const;
 127   Bitboard discovered_check_candidates() const;
 128   Bitboard pinned_pieces() const;
 129
 130   // Attacks to/from a given square
 131   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 132   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occ) const;
 133   Bitboard attacks_from(Piece p, Square s) const;
 134   static Bitboard attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ);
 135   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
 136   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
 137
 138   // Properties of moves
 139   bool move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
 140   bool pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const;
 141   bool is_pseudo_legal(const Move m) const;
 142   bool is_capture(Move m) const;
 143   bool is_capture_or_promotion(Move m) const;
 144   bool is_passed_pawn_push(Move m) const;
 145   Piece piece_moved(Move m) const;
 146   PieceType captured_piece_type() const;
 147
 148   // Piece specific
 149   bool pawn_is_passed(Color c, Square s) const;
 150   bool pawn_on_7th(Color c) const;
 151   bool opposite_bishops() const;
 152   bool bishop_pair(Color c) const;
 153
 154   // Doing and undoing moves
 155   void do_move(Move m, StateInfo& st);
 156   void do_move(Move m, StateInfo& st, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck);
 157   void undo_move(Move m);
 158   void do_null_move(StateInfo& st);
 159   void undo_null_move();
 160
 161   // Static exchange evaluation
 162   int see(Move m, int asymmThreshold = 0) const;
 163   int see_sign(Move m) const;
 164
 165   // Accessing hash keys
 166   Key key() const;
 167   Key exclusion_key() const;
 168   Key pawn_key() const;
 169   Key material_key() const;
 170
 171   // Incremental piece-square evaluation
 172   Score psq_score() const;
 173   Value non_pawn_material(Color c) const;
 174
 175   // Other properties of the position
 176   Color side_to_move() const;
 177   int game_ply() const;
 178   bool is_chess960() const;
 179   Thread* this_thread() const;
 180   int64_t nodes_searched() const;
 181   void set_nodes_searched(int64_t n);
 182   bool is_draw() const;
 183
 184   // Position consistency check, for debugging
 185   bool pos_is_ok(int* failedStep = NULL) const;
 186   void flip();
 187
 188 private:
 189   // Initialization helpers (used while setting up a position)
 190   void clear();
 191   void set_castle_right(Color c, Square rfrom);
 192
 193   // Helper functions
 194   void do_castle(Square kfrom, Square kto, Square rfrom, Square rto);
 195   Bitboard hidden_checkers(Square ksq, Color c) const;
 196   void put_piece(Square s, Color c, PieceType pt);
 197   void remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt);
 198   void move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt);
 199
 200   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
 201   Key compute_key() const;
 202   Key compute_pawn_key() const;
 203   Key compute_material_key() const;
 204
 205   // Computing incremental evaluation scores and material counts
 206   Score compute_psq_score() const;
 207   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
 208
 209   // Board and pieces
 210   Piece board[SQUARE_NB];
 211   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
 212   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
 213   int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 214   Square pieceList[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][16];
 215   int index[SQUARE_NB];
 216
 217   // Other info
 218   int castleRightsMask[SQUARE_NB];
 219   Square castleRookSquare[COLOR_NB][CASTLING_SIDE_NB];
 220   Bitboard castlePath[COLOR_NB][CASTLING_SIDE_NB];
 221   StateInfo startState;
 222   int64_t nodes;
 223   int gamePly;
 224   Color sideToMove;
 225   Thread* thisThread;
 226   StateInfo* st;
 227   int chess960;
 228 };
 229
 230 inline int64_t Position::nodes_searched() const {
 231   return nodes;
 232 }
 233
 234 inline void Position::set_nodes_searched(int64_t n) {
 235   nodes = n;
 236 }
 237
 238 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 239   return board[s];
 240 }
 241
 242 inline Piece Position::piece_moved(Move m) const {
 243   return board[from_sq(m)];
 244 }
 245
 246 inline bool Position::is_empty(Square s) const {
 247   return board[s] == NO_PIECE;
 248 }
 249
 250 inline Color Position::side_to_move() const {
 251   return sideToMove;
 252 }
 253
 254 inline Bitboard Position::pieces() const {
 255   return byTypeBB[ALL_PIECES];
 256 }
 257
 258 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 259   return byTypeBB[pt];
 260 }
 261
 262 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 263   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 264 }
 265
 266 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
 267   return byColorBB[c];
 268 }
 269
 270 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
 271   return byColorBB[c] & byTypeBB[pt];
 272 }
 273
 274 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 275   return byColorBB[c] & (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]);
 276 }
 277
 278 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
 279   return pieceCount[c][Pt];
 280 }
 281
 282 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::list(Color c) const {
 283   return pieceList[c][Pt];
 284 }
 285
 286 inline Square Position::ep_square() const {
 287   return st->epSquare;
 288 }
 289
 290 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 291   return pieceList[c][KING][0];
 292 }
 293
 294 inline int Position::can_castle(CastleRight f) const {
 295   return st->castleRights & f;
 296 }
 297
 298 inline int Position::can_castle(Color c) const {
 299   return st->castleRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
 300 }
 301
 302 inline bool Position::castle_impeded(Color c, CastlingSide s) const {
 303   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlePath[c][s];
 304 }
 305
 306 inline Square Position::castle_rook_square(Color c, CastlingSide s) const {
 307   return castleRookSquare[c][s];
 308 }
 309
 310 template<PieceType Pt>
 311 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 312
 313   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, pieces())
 314         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
 315         : StepAttacksBB[Pt][s];
 316 }
 317
 318 template<>
 319 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 320   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
 321 }
 322
 323 inline Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s) const {
 324   return attacks_from(p, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
 325 }
 326
 327 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
 328   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
 329 }
 330
 331 inline Bitboard Position::checkers() const {
 332   return st->checkersBB;
 333 }
 334
 335 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
 336   return hidden_checkers(king_square(~sideToMove), sideToMove);
 337 }
 338
 339 inline Bitboard Position::pinned_pieces() const {
 340   return hidden_checkers(king_square(sideToMove), ~sideToMove);
 341 }
 342
 343 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
 344   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
 345 }
 346
 347 inline Key Position::key() const {
 348   return st->key;
 349 }
 350
 351 inline Key Position::pawn_key() const {
 352   return st->pawnKey;
 353 }
 354
 355 inline Key Position::material_key() const {
 356   return st->materialKey;
 357 }
 358
 359 inline Score Position::psq_score() const {
 360   return st->psq;
 361 }
 362
 363 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 364   return st->npMaterial[c];
 365 }
 366
 367 inline bool Position::is_passed_pawn_push(Move m) const {
 368
 369   return   type_of(piece_moved(m)) == PAWN
 370         && pawn_is_passed(sideToMove, to_sq(m));
 371 }
 372
 373 inline int Position::game_ply() const {
 374   return gamePly;
 375 }
 376
 377 inline bool Position::opposite_bishops() const {
 378
 379   return   pieceCount[WHITE][BISHOP] == 1
 380         && pieceCount[BLACK][BISHOP] == 1
 381         && opposite_colors(pieceList[WHITE][BISHOP][0], pieceList[BLACK][BISHOP][0]);
 382 }
 383
 384 inline bool Position::bishop_pair(Color c) const {
 385
 386   return   pieceCount[c][BISHOP] >= 2
 387         && opposite_colors(pieceList[c][BISHOP][0], pieceList[c][BISHOP][1]);
 388 }
 389
 390 inline bool Position::pawn_on_7th(Color c) const {
 391   return pieces(c, PAWN) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
 392 }
 393
 394 inline bool Position::is_chess960() const {
 395   return chess960;
 396 }
 397
 398 inline bool Position::is_capture_or_promotion(Move m) const {
 399
 400   assert(is_ok(m));
 401   return type_of(m) ? type_of(m) != CASTLE : !is_empty(to_sq(m));
 402 }
 403
 404 inline bool Position::is_capture(Move m) const {
 405
 406   // Note that castle is coded as "king captures the rook"
 407   assert(is_ok(m));
 408   return (!is_empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLE) || type_of(m) == ENPASSANT;
 409 }
 410
 411 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
 412   return st->capturedType;
 413 }
 414
 415 inline Thread* Position::this_thread() const {
 416   return thisThread;
 417 }
 418
 419 inline void Position::put_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
 420
 421   board[s] = make_piece(c, pt);
 422   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
 423   byTypeBB[pt] |= s;
 424   byColorBB[c] |= s;
 425   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
 426   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
 427 }
 428
 429 inline void Position::move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt) {
 430
 431   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long
 432   // as index[] 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[pt] ^= from_to_bb;
 436   byColorBB[c] ^= from_to_bb;
 437   board[from] = NO_PIECE;
 438   board[to] = make_piece(c, pt);
 439   index[to] = index[from];
 440   pieceList[c][pt][index[to]] = to;
 441 }
 442
 443 inline void Position::remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
 444
 445   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
 446   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
 447   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
 448   // are not guaranteed to be invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
 449   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
 450   byTypeBB[pt] ^= s;
 451   byColorBB[c] ^= s;
 452   /* board[s] = NO_PIECE; */ // Not needed, will be overwritten by capturing
 453   Square lastSquare = pieceList[c][pt][--pieceCount[c][pt]];
 454   index[lastSquare] = index[s];
 455   pieceList[c][pt][index[lastSquare]] = lastSquare;
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