d44ed009e5d2405d8cb0826241b936724e6df488
[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) 2015-2016 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 <cstddef>  // For offsetof()
26 #include <memory>   // For std::unique_ptr
27 #include <string>
28 #include <vector>
29
30 #include "bitboard.h"
31 #include "types.h"
32
33 class Position;
34 class Thread;
35
36 namespace PSQT {
37
38   extern Score psq[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
39
40   void init();
41 }
42
43 /// CheckInfo struct is initialized at constructor time and keeps info used to
44 /// detect if a move gives check.
45
46 struct CheckInfo {
47
48   explicit CheckInfo(const Position&);
49
50   Bitboard dcCandidates;
51   Bitboard pinned;
52   Bitboard checkSquares[PIECE_TYPE_NB];
53   Square   ksq;
54 };
55
56
57 /// StateInfo struct stores information needed to restore a Position object to
58 /// its previous state when we retract a move. Whenever a move is made on the
59 /// board (by calling Position::do_move), a StateInfo object must be passed.
60
61 struct StateInfo {
62
63   // Copied when making a move
64   Key    pawnKey;
65   Key    materialKey;
66   Value  nonPawnMaterial[COLOR_NB];
67   int    castlingRights;
68   int    rule50;
69   int    pliesFromNull;
70   Score  psq;
71   Square epSquare;
72
73   // Not copied when making a move
74   Key        key;
75   Bitboard   checkersBB;
76   PieceType  capturedType;
77   StateInfo* previous;
78 };
79
80 typedef std::unique_ptr<std::vector<StateInfo>> StateListPtr;
81
82
83 /// Position class stores information regarding the board representation as
84 /// pieces, side to move, hash keys, castling info, etc. Important methods are
85 /// do_move() and undo_move(), used by the search to update node info when
86 /// traversing the search tree.
87
88 class Position {
89
90 public:
91   static void init();
92
93   Position() = default;
94   Position(const Position&) = delete;
95   Position& operator=(const Position&) = delete;
96
97   // FEN string input/output
98   Position& set(const std::string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Thread* th);
99   const std::string fen() const;
100
101   // Position representation
102   Bitboard pieces() const;
103   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
104   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
105   Bitboard pieces(Color c) const;
106   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
107   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
108   Piece piece_on(Square s) const;
109   Square ep_square() const;
110   bool empty(Square s) const;
111   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
112   template<PieceType Pt> const Square* squares(Color c) const;
113   template<PieceType Pt> Square square(Color c) const;
114
115   // Castling
116   int can_castle(Color c) const;
117   int can_castle(CastlingRight cr) const;
118   bool castling_impeded(CastlingRight cr) const;
119   Square castling_rook_square(CastlingRight cr) const;
120
121   // Checking
122   Bitboard checkers() const;
123   Bitboard discovered_check_candidates() const;
124   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
125
126   // Attacks to/from a given square
127   Bitboard attackers_to(Square s) const;
128   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const;
129   Bitboard attacks_from(Piece pc, Square s) const;
130   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
131   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
132
133   // Properties of moves
134   bool legal(Move m, Bitboard pinned) const;
135   bool pseudo_legal(const Move m) const;
136   bool capture(Move m) const;
137   bool capture_or_promotion(Move m) const;
138   bool gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
139   bool advanced_pawn_push(Move m) const;
140   Piece moved_piece(Move m) const;
141   PieceType captured_piece_type() const;
142
143   // Piece specific
144   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
145   bool opposite_bishops() const;
146
147   // Doing and undoing moves
148   void do_move(Move m, StateInfo& st, bool givesCheck);
149   void undo_move(Move m);
150   void do_null_move(StateInfo& st);
151   void undo_null_move();
152
153   // Static exchange evaluation
154   Value see(Move m) const;
155   Value see_sign(Move m) const;
156
157   // Accessing hash keys
158   Key key() const;
159   Key key_after(Move m) const;
160   Key exclusion_key() const;
161   Key material_key() const;
162   Key pawn_key() const;
163
164   // Other properties of the position
165   Color side_to_move() const;
166   Phase game_phase() const;
167   int game_ply() const;
168   bool is_chess960() const;
169   Thread* this_thread() const;
170   uint64_t nodes_searched() const;
171   void set_nodes_searched(uint64_t n);
172   bool is_draw() const;
173   int rule50_count() const;
174   Score psq_score() const;
175   Value non_pawn_material(Color c) const;
176
177   // Position consistency check, for debugging
178   bool pos_is_ok(int* failedStep = nullptr) const;
179   void flip();
180
181 private:
182   // Initialization helpers (used while setting up a position)
183   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
184   void set_state(StateInfo* si) const;
185
186   // Other helpers
187   Bitboard check_blockers(Color c, Color kingColor) const;
188   void put_piece(Color c, PieceType pt, Square s);
189   void remove_piece(Color c, PieceType pt, Square s);
190   void move_piece(Color c, PieceType pt, Square from, Square to);
191   template<bool Do>
192   void do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
193
194   // Data members
195   Piece board[SQUARE_NB];
196   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
197   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
198   int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
199   Square pieceList[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][16];
200   int index[SQUARE_NB];
201   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
202   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
203   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
204   uint64_t nodes;
205   int gamePly;
206   Color sideToMove;
207   Thread* thisThread;
208   StateInfo* st;
209   bool chess960;
210 };
211
212 extern std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos);
213
214 inline Color Position::side_to_move() const {
215   return sideToMove;
216 }
217
218 inline bool Position::empty(Square s) const {
219   return board[s] == NO_PIECE;
220 }
221
222 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
223   return board[s];
224 }
225
226 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
227   return board[from_sq(m)];
228 }
229
230 inline Bitboard Position::pieces() const {
231   return byTypeBB[ALL_PIECES];
232 }
233
234 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
235   return byTypeBB[pt];
236 }
237
238 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
239   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
240 }
241
242 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
243   return byColorBB[c];
244 }
245
246 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
247   return byColorBB[c] & byTypeBB[pt];
248 }
249
250 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
251   return byColorBB[c] & (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]);
252 }
253
254 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
255   return pieceCount[c][Pt];
256 }
257
258 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::squares(Color c) const {
259   return pieceList[c][Pt];
260 }
261
262 template<PieceType Pt> inline Square Position::square(Color c) const {
263   assert(pieceCount[c][Pt] == 1);
264   return pieceList[c][Pt][0];
265 }
266
267 inline Square Position::ep_square() const {
268   return st->epSquare;
269 }
270
271 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
272   return st->castlingRights & cr;
273 }
274
275 inline int Position::can_castle(Color c) const {
276   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
277 }
278
279 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
280   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
281 }
282
283 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
284   return castlingRookSquare[cr];
285 }
286
287 template<PieceType Pt>
288 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
289   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, byTypeBB[ALL_PIECES])
290         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
291         : StepAttacksBB[Pt][s];
292 }
293
294 template<>
295 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
296   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
297 }
298
299 inline Bitboard Position::attacks_from(Piece pc, Square s) const {
300   return attacks_bb(pc, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
301 }
302
303 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
304   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
305 }
306
307 inline Bitboard Position::checkers() const {
308   return st->checkersBB;
309 }
310
311 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
312   return check_blockers(sideToMove, ~sideToMove);
313 }
314
315 inline Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
316   return check_blockers(c, c);
317 }
318
319 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
320   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
321 }
322
323 inline bool Position::advanced_pawn_push(Move m) const {
324   return   type_of(moved_piece(m)) == PAWN
325         && relative_rank(sideToMove, from_sq(m)) > RANK_4;
326 }
327
328 inline Key Position::key() const {
329   return st->key;
330 }
331
332 inline Key Position::pawn_key() const {
333   return st->pawnKey;
334 }
335
336 inline Key Position::material_key() const {
337   return st->materialKey;
338 }
339
340 inline Score Position::psq_score() const {
341   return st->psq;
342 }
343
344 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
345   return st->nonPawnMaterial[c];
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::set_nodes_searched(uint64_t n) {
361   nodes = n;
362 }
363
364 inline bool Position::opposite_bishops() const {
365   return   pieceCount[WHITE][BISHOP] == 1
366         && pieceCount[BLACK][BISHOP] == 1
367         && opposite_colors(square<BISHOP>(WHITE), square<BISHOP>(BLACK));
368 }
369
370 inline bool Position::is_chess960() const {
371   return chess960;
372 }
373
374 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
375
376   assert(is_ok(m));
377   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
378 }
379
380 inline bool Position::capture(Move m) const {
381
382   // Castling is encoded as "king captures the rook"
383   assert(is_ok(m));
384   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
385 }
386
387 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
388   return st->capturedType;
389 }
390
391 inline Thread* Position::this_thread() const {
392   return thisThread;
393 }
394
395 inline void Position::put_piece(Color c, PieceType pt, Square s) {
396
397   board[s] = make_piece(c, pt);
398   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
399   byTypeBB[pt] |= s;
400   byColorBB[c] |= s;
401   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
402   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
403   pieceCount[c][ALL_PIECES]++;
404 }
405
406 inline void Position::remove_piece(Color c, PieceType pt, Square s) {
407
408   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
409   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
410   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
411   // are not guaranteed to be invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
412   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
413   byTypeBB[pt] ^= s;
414   byColorBB[c] ^= s;
415   /* board[s] = NO_PIECE;  Not needed, overwritten by the capturing one */
416   Square lastSquare = pieceList[c][pt][--pieceCount[c][pt]];
417   index[lastSquare] = index[s];
418   pieceList[c][pt][index[lastSquare]] = lastSquare;
419   pieceList[c][pt][pieceCount[c][pt]] = SQ_NONE;
420   pieceCount[c][ALL_PIECES]--;
421 }
422
423 inline void Position::move_piece(Color c, PieceType pt, Square from, Square to) {
424
425   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long as index[]
426   // is accessed just by known occupied squares.
427   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
428   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
429   byTypeBB[pt] ^= from_to_bb;
430   byColorBB[c] ^= from_to_bb;
431   board[from] = NO_PIECE;
432   board[to] = make_piece(c, pt);
433   index[to] = index[from];
434   pieceList[c][pt][index[to]] = to;
435 }
436
437 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED