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 /// struct checkInfo is initialized at c'tor time and keeps
  67 /// info used to detect if a move gives check.
  68
  69 struct CheckInfo {
  70
  71     CheckInfo(const Position&);
  72
  73     Square ksq;
  74     Bitboard dcCandidates;
  75     Bitboard checkSq[8];
  76 };
  77
  78 /// Castle rights, encoded as bit fields
  79
  80 enum CastleRights {
  81   NO_CASTLES  = 0,
  82   WHITE_OO    = 1,
  83   BLACK_OO    = 2,
  84   WHITE_OOO   = 4,
  85   BLACK_OOO   = 8,
  86   ALL_CASTLES = 15
  87 };
  88
  89 /// Game phase
  90 enum Phase {
  91   PHASE_ENDGAME = 0,
  92   PHASE_MIDGAME = 128
  93 };
  94
  95
  96 /// The StateInfo struct stores information we need to restore a Position
  97 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
  98 /// is made on the board (by calling Position::do_move), an StateInfo object
  99 /// must be passed as a parameter.
 100
 101 struct StateInfo {
 102   Key pawnKey, materialKey;
 103   int castleRights, rule50, pliesFromNull;
 104   Square epSquare;
 105   Score value;
 106   Value npMaterial[2];
 107
 108   Key key;
 109   PieceType capture;
 110   Bitboard checkersBB;
 111   StateInfo* previous;
 112 };
 113
 114
 115 /// The position data structure. A position consists of the following data:
 116 ///
 117 ///    * For each piece type, a bitboard representing the squares occupied
 118 ///      by pieces of that type.
 119 ///    * For each color, a bitboard representing the squares occupied by
 120 ///      pieces of that color.
 121 ///    * A bitboard of all occupied squares.
 122 ///    * A bitboard of all checking pieces.
 123 ///    * A 64-entry array of pieces, indexed by the squares of the board.
 124 ///    * The current side to move.
 125 ///    * Information about the castling rights for both sides.
 126 ///    * The initial files of the kings and both pairs of rooks. This is
 127 ///      used to implement the Chess960 castling rules.
 128 ///    * The en passant square (which is SQ_NONE if no en passant capture is
 129 ///      possible).
 130 ///    * The squares of the kings for both sides.
 131 ///    * Hash keys for the position itself, the current pawn structure, and
 132 ///      the current material situation.
 133 ///    * Hash keys for all previous positions in the game for detecting
 134 ///      repetition draws.
 135 ///    * A counter for detecting 50 move rule draws.
 136
 137 class Position {
 138
 139   friend class MaterialInfo;
 140   friend class EndgameFunctions;
 141
 142 public:
 143   enum GamePhase {
 144       MidGame,
 145       EndGame
 146   };
 147
 148   // Constructors
 149   Position() {}
 150   Position(const Position& pos);
 151   Position(const std::string& fen);
 152
 153   // Text input/output
 154   void from_fen(const std::string& fen);
 155   const std::string to_fen() const;
 156   void print(Move m = MOVE_NONE) const;
 157
 158   // Copying
 159   void copy(const Position& pos);
 160   void flipped_copy(const Position& pos);
 161
 162   // The piece on a given square
 163   Piece piece_on(Square s) const;
 164   PieceType type_of_piece_on(Square s) const;
 165   Color color_of_piece_on(Square s) const;
 166   bool square_is_empty(Square s) const;
 167   bool square_is_occupied(Square s) const;
 168   Value midgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 169   Value endgame_value_of_piece_on(Square s) const;
 170
 171   // Side to move
 172   Color side_to_move() const;
 173
 174   // Bitboard representation of the position
 175   Bitboard empty_squares() const;
 176   Bitboard occupied_squares() const;
 177   Bitboard pieces_of_color(Color c) const;
 178   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
 179   Bitboard pieces(PieceType pt, Color c) const;
 180   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 181   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const;
 182
 183   // Number of pieces of each color and type
 184   int piece_count(Color c, PieceType pt) const;
 185
 186   // The en passant square
 187   Square ep_square() const;
 188
 189   // Current king position for each color
 190   Square king_square(Color c) const;
 191
 192   // Castling rights
 193   bool can_castle_kingside(Color c) const;
 194   bool can_castle_queenside(Color c) const;
 195   bool can_castle(Color c) const;
 196   Square initial_kr_square(Color c) const;
 197   Square initial_qr_square(Color c) const;
 198
 199   // Bitboards for pinned pieces and discovered check candidates
 200   Bitboard discovered_check_candidates(Color c) const;
 201   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
 202
 203   // Checking pieces and under check information
 204   Bitboard checkers() const;
 205   bool is_check() const;
 206
 207   // Piece lists
 208   Square piece_list(Color c, PieceType pt, int index) const;
 209   const Square* piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const;
 210
 211   // Information about attacks to or from a given square
 212   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 213   Bitboard attacks_from(Piece p, Square s) const;
 214   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
 215   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
 216
 217   // Properties of moves
 218   bool pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const;
 219   bool pl_move_is_evasion(Move m, Bitboard pinned) const;
 220   bool move_is_check(Move m) const;
 221   bool move_is_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
 222   bool move_is_capture(Move m) const;
 223   bool move_is_capture_or_promotion(Move m) const;
 224   bool move_is_passed_pawn_push(Move m) const;
 225   bool move_attacks_square(Move m, Square s) const;
 226
 227   // Information about pawns
 228   bool pawn_is_passed(Color c, Square s) const;
 229   static bool pawn_is_passed(Bitboard theirPawns, Color c, Square s);
 230   static bool pawn_is_isolated(Bitboard ourPawns, Square s);
 231   static bool pawn_is_doubled(Bitboard ourPawns, Color c, Square s);
 232
 233   // Weak squares
 234   bool square_is_weak(Square s, Color c) const;
 235
 236   // Doing and undoing moves
 237   void saveState();
 238   void do_move(Move m, StateInfo& st);
 239   void do_move(Move m, StateInfo& st, Bitboard dcCandidates);
 240   void undo_move(Move m);
 241   void do_null_move(StateInfo& st);
 242   void undo_null_move();
 243
 244   // Static exchange evaluation
 245   int see(Square from, Square to) const;
 246   int see(Move m) const;
 247   int see(Square to) const;
 248   int see_sign(Move m) const;
 249
 250   // Accessing hash keys
 251   Key get_key() const;
 252   Key get_pawn_key() const;
 253   Key get_material_key() const;
 254
 255   // Incremental evaluation
 256   Score value() const;
 257   Value non_pawn_material(Color c) const;
 258   Phase game_phase() const;
 259   Score pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const;
 260
 261   // Game termination checks
 262   bool is_mate() const;
 263   bool is_draw() const;
 264
 265   // Check if one side threatens a mate in one
 266   bool has_mate_threat(Color c);
 267
 268   // Number of plies since the last non-reversible move
 269   int rule_50_counter() const;
 270
 271   // Other properties of the position
 272   bool opposite_colored_bishops() const;
 273   bool has_pawn_on_7th(Color c) const;
 274
 275   // Reset the gamePly variable to 0
 276   void reset_game_ply();
 277
 278   // Position consistency check, for debugging
 279   bool is_ok(int* failedStep = NULL) const;
 280
 281   // Static member functions
 282   static void init_zobrist();
 283   static void init_piece_square_tables();
 284
 285 private:
 286
 287   // Initialization helper functions (used while setting up a position)
 288   void clear();
 289   void put_piece(Piece p, Square s);
 290   void allow_oo(Color c);
 291   void allow_ooo(Color c);
 292
 293   // Helper functions for doing and undoing moves
 294   void do_capture_move(Bitboard& key, PieceType capture, Color them, Square to, bool ep);
 295   void do_castle_move(Move m);
 296   void undo_castle_move(Move m);
 297   void find_checkers();
 298
 299   template<PieceType Piece>
 300   void update_checkers(Bitboard* pCheckersBB, Square ksq, Square from, Square to, Bitboard dcCandidates);
 301
 302   template<bool FindPinned>
 303   Bitboard hidden_checkers(Color c) const;
 304
 305   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
 306   Key compute_key() const;
 307   Key compute_pawn_key() const;
 308   Key compute_material_key() const;
 309
 310   // Computing incremental evaluation scores and material counts
 311   Score pst(Color c, PieceType pt, Square s) const;
 312   Score compute_value() const;
 313   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
 314
 315   // Board
 316   Piece board[64];
 317
 318   // Bitboards
 319   Bitboard byTypeBB[8], byColorBB[2];
 320
 321   // Piece counts
 322   int pieceCount[2][8]; // [color][pieceType]
 323
 324   // Piece lists
 325   Square pieceList[2][8][16]; // [color][pieceType][index]
 326   int index[64]; // [square]
 327
 328   // Other info
 329   Color sideToMove;
 330   int gamePly;
 331   Key history[MaxGameLength];
 332   File initialKFile, initialKRFile, initialQRFile;
 333   StateInfo startState;
 334   StateInfo* st;
 335
 336   // Static variables
 337   static int castleRightsMask[64];
 338   static Key zobrist[2][8][64];
 339   static Key zobEp[64];
 340   static Key zobCastle[16];
 341   static Key zobMaterial[2][8][16];
 342   static Key zobSideToMove;
 343   static Score PieceSquareTable[16][64];
 344 };
 345
 346
 347 ////
 348 //// Inline functions
 349 ////
 350
 351 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 352   return board[s];
 353 }
 354
 355 inline Color Position::color_of_piece_on(Square s) const {
 356   return color_of_piece(piece_on(s));
 357 }
 358
 359 inline PieceType Position::type_of_piece_on(Square s) const {
 360   return type_of_piece(piece_on(s));
 361 }
 362
 363 inline bool Position::square_is_empty(Square s) const {
 364   return piece_on(s) == EMPTY;
 365 }
 366
 367 inline bool Position::square_is_occupied(Square s) const {
 368   return !square_is_empty(s);
 369 }
 370
 371 inline Value Position::midgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 372   return piece_value_midgame(piece_on(s));
 373 }
 374
 375 inline Value Position::endgame_value_of_piece_on(Square s) const {
 376   return piece_value_endgame(piece_on(s));
 377 }
 378
 379 inline Color Position::side_to_move() const {
 380   return sideToMove;
 381 }
 382
 383 inline Bitboard Position::occupied_squares() const {
 384   return byTypeBB[0];
 385 }
 386
 387 inline Bitboard Position::empty_squares() const {
 388   return ~(occupied_squares());
 389 }
 390
 391 inline Bitboard Position::pieces_of_color(Color c) const {
 392   return byColorBB[c];
 393 }
 394
 395 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 396   return byTypeBB[pt];
 397 }
 398
 399 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt, Color c) const {
 400   return byTypeBB[pt] & byColorBB[c];
 401 }
 402
 403 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 404   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 405 }
 406
 407 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const {
 408   return (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]) & byColorBB[c];
 409 }
 410
 411 inline int Position::piece_count(Color c, PieceType pt) const {
 412   return pieceCount[c][pt];
 413 }
 414
 415 inline Square Position::piece_list(Color c, PieceType pt, int index) const {
 416   return pieceList[c][pt][index];
 417 }
 418
 419 inline const Square* Position::piece_list_begin(Color c, PieceType pt) const {
 420   return pieceList[c][pt];
 421 }
 422
 423 inline Square Position::ep_square() const {
 424   return st->epSquare;
 425 }
 426
 427 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 428   return pieceList[c][KING][0];
 429 }
 430
 431 inline bool Position::can_castle_kingside(Color side) const {
 432   return st->castleRights & (1+int(side));
 433 }
 434
 435 inline bool Position::can_castle_queenside(Color side) const {
 436   return st->castleRights & (4+4*int(side));
 437 }
 438
 439 inline bool Position::can_castle(Color side) const {
 440   return can_castle_kingside(side) || can_castle_queenside(side);
 441 }
 442
 443 inline Square Position::initial_kr_square(Color c) const {
 444   return relative_square(c, make_square(initialKRFile, RANK_1));
 445 }
 446
 447 inline Square Position::initial_qr_square(Color c) const {
 448   return relative_square(c, make_square(initialQRFile, RANK_1));
 449 }
 450
 451 template<>
 452 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 453   return StepAttackBB[piece_of_color_and_type(c, PAWN)][s];
 454 }
 455
 456 template<PieceType Piece> // Knight and King and white pawns
 457 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 458   return StepAttackBB[Piece][s];
 459 }
 460
 461 template<>
 462 inline Bitboard Position::attacks_from<BISHOP>(Square s) const {
 463   return bishop_attacks_bb(s, occupied_squares());
 464 }
 465
 466 template<>
 467 inline Bitboard Position::attacks_from<ROOK>(Square s) const {
 468   return rook_attacks_bb(s, occupied_squares());
 469 }
 470
 471 template<>
 472 inline Bitboard Position::attacks_from<QUEEN>(Square s) const {
 473   return attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s);
 474 }
 475
 476 inline Bitboard Position::checkers() const {
 477   return st->checkersBB;
 478 }
 479
 480 inline bool Position::is_check() const {
 481   return st->checkersBB != EmptyBoardBB;
 482 }
 483
 484 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
 485   return !(pieces(PAWN, opposite_color(c)) & passed_pawn_mask(c, s));
 486 }
 487
 488 inline bool Position::pawn_is_passed(Bitboard theirPawns, Color c, Square s) {
 489   return !(theirPawns & passed_pawn_mask(c, s));
 490 }
 491
 492 inline bool Position::pawn_is_isolated(Bitboard ourPawns, Square s) {
 493   return !(ourPawns & neighboring_files_bb(s));
 494 }
 495
 496 inline bool Position::pawn_is_doubled(Bitboard ourPawns, Color c, Square s) {
 497   return ourPawns & squares_behind(c, s);
 498 }
 499
 500 inline bool Position::square_is_weak(Square s, Color c) const {
 501   return !(pieces(PAWN, c) & outpost_mask(opposite_color(c), s));
 502 }
 503
 504 inline Key Position::get_key() const {
 505   return st->key;
 506 }
 507
 508 inline Key Position::get_pawn_key() const {
 509   return st->pawnKey;
 510 }
 511
 512 inline Key Position::get_material_key() const {
 513   return st->materialKey;
 514 }
 515
 516 inline Score Position::pst(Color c, PieceType pt, Square s) const {
 517   return PieceSquareTable[piece_of_color_and_type(c, pt)][s];
 518 }
 519
 520 inline Score Position::pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const {
 521   return PieceSquareTable[piece][to] - PieceSquareTable[piece][from];
 522 }
 523
 524 inline Score Position::value() const {
 525   return st->value;
 526 }
 527
 528 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 529   return st->npMaterial[c];
 530 }
 531
 532 inline Phase Position::game_phase() const {
 533
 534   // Values modified by Joona Kiiski
 535   static const Value MidgameLimit = Value(15581);
 536   static const Value EndgameLimit = Value(3998);
 537
 538   Value npm = non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK);
 539
 540   if (npm >= MidgameLimit)
 541       return PHASE_MIDGAME;
 542   else if(npm <= EndgameLimit)
 543       return PHASE_ENDGAME;
 544   else
 545       return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 546 }
 547
 548 inline bool Position::move_is_passed_pawn_push(Move m) const {
 549
 550   Color c = side_to_move();
 551   return   piece_on(move_from(m)) == piece_of_color_and_type(c, PAWN)
 552         && pawn_is_passed(c, move_to(m));
 553 }
 554
 555 inline int Position::rule_50_counter() const {
 556
 557   return st->rule50;
 558 }
 559
 560 inline bool Position::opposite_colored_bishops() const {
 561
 562   return   piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 563         && piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 564         && square_color(piece_list(WHITE, BISHOP, 0)) != square_color(piece_list(BLACK, BISHOP, 0));
 565 }
 566
 567 inline bool Position::has_pawn_on_7th(Color c) const {
 568
 569   return pieces(PAWN, c) & relative_rank_bb(c, RANK_7);
 570 }
 571
 572 inline bool Position::move_is_capture(Move m) const {
 573
 574   // Move must not be MOVE_NONE !
 575   return (m & (3 << 15)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 576 }
 577
 578 inline bool Position::move_is_capture_or_promotion(Move m) const {
 579
 580   // Move must not be MOVE_NONE !
 581   return (m & (0x1F << 12)) ? !move_is_castle(m) : !square_is_empty(move_to(m));
 582 }
 583
 584 #endif // !defined(POSITION_H_INCLUDED)