Templetize sliding attacks
[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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
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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
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15
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17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #if !defined(POSITION_H_INCLUDED)
21 #define POSITION_H_INCLUDED
22
23 #include <cassert>
24
25 #include "bitboard.h"
26 #include "types.h"
27
28
29 /// The checkInfo struct is initialized at c'tor time and keeps info used
30 /// to detect if a move gives check.
31 class Position;
32
33 struct CheckInfo {
34
35   explicit CheckInfo(const Position&);
36
37   Bitboard dcCandidates;
38   Bitboard pinned;
39   Bitboard checkSq[8];
40   Square ksq;
41 };
42
43
44 /// The StateInfo struct stores information we need to restore a Position
45 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
46 /// is made on the board (by calling Position::do_move), an StateInfo object
47 /// must be passed as a parameter.
48
49 struct StateInfo {
50   Key pawnKey, materialKey;
51   Value npMaterial[2];
52   int castleRights, rule50, pliesFromNull;
53   Score value;
54   Square epSquare;
55
56   Key key;
57   Bitboard checkersBB;
58   PieceType capturedType;
59   StateInfo* previous;
60 };
61
62
63 /// The position data structure. A position consists of the following data:
64 ///
65 ///    * For each piece type, a bitboard representing the squares occupied
66 ///      by pieces of that type.
67 ///    * For each color, a bitboard representing the squares occupied by
68 ///      pieces of that color.
69 ///    * A bitboard of all occupied squares.
70 ///    * A bitboard of all checking pieces.
71 ///    * A 64-entry array of pieces, indexed by the squares of the board.
72 ///    * The current side to move.
73 ///    * Information about the castling rights for both sides.
74 ///    * The initial files of the kings and both pairs of rooks. This is
75 ///      used to implement the Chess960 castling rules.
76 ///    * The en passant square (which is SQ_NONE if no en passant capture is
77 ///      possible).
78 ///    * The squares of the kings for both sides.
79 ///    * Hash keys for the position itself, the current pawn structure, and
80 ///      the current material situation.
81 ///    * Hash keys for all previous positions in the game for detecting
82 ///      repetition draws.
83 ///    * A counter for detecting 50 move rule draws.
84
85 class Position {
86
87   // No copy c'tor or assignment operator allowed
88   Position(const Position&);
89   Position& operator=(const Position&);
90
91 public:
92   Position() {}
93   Position(const Position& pos, int th) { copy(pos, th); }
94   Position(const std::string& fen, bool isChess960, int th);
95
96   // Text input/output
97   void copy(const Position& pos, int th);
98   void from_fen(const std::string& fen, bool isChess960);
99   const std::string to_fen() const;
100   void print(Move m = MOVE_NONE) const;
101
102   // The piece on a given square
103   Piece piece_on(Square s) const;
104   Piece piece_moved(Move m) const;
105   bool square_is_empty(Square s) const;
106
107   // Side to move
108   Color side_to_move() const;
109
110   // Bitboard representation of the position
111   Bitboard empty_squares() const;
112   Bitboard occupied_squares() const;
113   Bitboard pieces(Color c) const;
114   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
115   Bitboard pieces(PieceType pt, Color c) const;
116   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
117   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const;
118
119   // Number of pieces of each color and type
120   int piece_count(Color c, PieceType pt) const;
121
122   // The en passant square
123   Square ep_square() const;
124
125   // Current king position for each color
126   Square king_square(Color c) const;
127
128   // Castling rights
129   bool can_castle(CastleRight f) const;
130   bool can_castle(Color c) const;
131   Square castle_rook_square(CastleRight f) const;
132
133   // Bitboards for pinned pieces and discovered check candidates
134   Bitboard discovered_check_candidates() const;
135   Bitboard pinned_pieces() const;
136
137   // Checking pieces and under check information
138   Bitboard checkers() const;
139   bool in_check() const;
140
141   // Piece lists
142   const Square* piece_list(Color c, PieceType pt) const;
143
144   // Information about attacks to or from a given square
145   Bitboard attackers_to(Square s) const;
146   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occ) const;
147   Bitboard attacks_from(Piece p, Square s) const;
148   static Bitboard attacks_from(Piece p, Square s, Bitboard occ);
149   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
150   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
151
152   // Properties of moves
153   bool move_gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
154   bool move_attacks_square(Move m, Square s) const;
155   bool pl_move_is_legal(Move m, Bitboard pinned) const;
156   bool is_pseudo_legal(const Move m) const;
157   bool is_capture(Move m) const;
158   bool is_capture_or_promotion(Move m) const;
159   bool is_passed_pawn_push(Move m) const;
160
161   // Piece captured with previous moves
162   PieceType captured_piece_type() const;
163
164   // Information about pawns
165   bool pawn_is_passed(Color c, Square s) const;
166
167   // Doing and undoing moves
168   void do_move(Move m, StateInfo& st);
169   void do_move(Move m, StateInfo& st, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck);
170   void undo_move(Move m);
171   template<bool Do> void do_null_move(StateInfo& st);
172
173   // Static exchange evaluation
174   int see(Move m) const;
175   int see_sign(Move m) const;
176
177   // Accessing hash keys
178   Key key() const;
179   Key exclusion_key() const;
180   Key pawn_key() const;
181   Key material_key() const;
182
183   // Incremental evaluation
184   Score value() const;
185   Value non_pawn_material(Color c) const;
186   Score pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const;
187
188   // Other properties of the position
189   template<bool SkipRepetition> bool is_draw() const;
190   int startpos_ply_counter() const;
191   bool opposite_colored_bishops() const;
192   bool both_color_bishops(Color c) const;
193   bool has_pawn_on_7th(Color c) const;
194   bool is_chess960() const;
195
196   // Current thread ID searching on the position
197   int thread() const;
198
199   int64_t nodes_searched() const;
200   void set_nodes_searched(int64_t n);
201
202   // Position consistency check, for debugging
203   bool pos_is_ok(int* failedStep = NULL) const;
204   void flip_me();
205
206   // Global initialization
207   static void init();
208
209 private:
210
211   // Initialization helper functions (used while setting up a position)
212   void clear();
213   void put_piece(Piece p, Square s);
214   void set_castle_right(Color c, Square rsq);
215   bool move_is_legal(const Move m) const;
216
217   // Helper template functions
218   template<bool Do> void do_castle_move(Move m);
219   template<bool FindPinned> Bitboard hidden_checkers() const;
220
221   // Computing hash keys from scratch (for initialization and debugging)
222   Key compute_key() const;
223   Key compute_pawn_key() const;
224   Key compute_material_key() const;
225
226   // Computing incremental evaluation scores and material counts
227   Score pst(Piece p, Square s) const;
228   Score compute_value() const;
229   Value compute_non_pawn_material(Color c) const;
230
231   // Board
232   Piece board[64];             // [square]
233
234   // Bitboards
235   Bitboard byTypeBB[8];        // [pieceType]
236   Bitboard byColorBB[2];       // [color]
237   Bitboard occupied;
238
239   // Piece counts
240   int pieceCount[2][8];        // [color][pieceType]
241
242   // Piece lists
243   Square pieceList[2][8][16];  // [color][pieceType][index]
244   int index[64];               // [square]
245
246   // Other info
247   int castleRightsMask[64];    // [square]
248   Square castleRookSquare[16]; // [castleRight]
249   StateInfo startState;
250   int64_t nodes;
251   int startPosPly;
252   Color sideToMove;
253   int threadID;
254   StateInfo* st;
255   int chess960;
256
257   // Static variables
258   static Score pieceSquareTable[16][64]; // [piece][square]
259   static Key zobrist[2][8][64];          // [color][pieceType][square]/[piece count]
260   static Key zobEp[64];                  // [square]
261   static Key zobCastle[16];              // [castleRight]
262   static Key zobSideToMove;
263   static Key zobExclusion;
264 };
265
266 inline int64_t Position::nodes_searched() const {
267   return nodes;
268 }
269
270 inline void Position::set_nodes_searched(int64_t n) {
271   nodes = n;
272 }
273
274 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
275   return board[s];
276 }
277
278 inline Piece Position::piece_moved(Move m) const {
279   return board[from_sq(m)];
280 }
281
282 inline bool Position::square_is_empty(Square s) const {
283   return board[s] == NO_PIECE;
284 }
285
286 inline Color Position::side_to_move() const {
287   return sideToMove;
288 }
289
290 inline Bitboard Position::occupied_squares() const {
291   return occupied;
292 }
293
294 inline Bitboard Position::empty_squares() const {
295   return ~occupied;
296 }
297
298 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
299   return byColorBB[c];
300 }
301
302 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
303   return byTypeBB[pt];
304 }
305
306 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt, Color c) const {
307   return byTypeBB[pt] & byColorBB[c];
308 }
309
310 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
311   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
312 }
313
314 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2, Color c) const {
315   return (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]) & byColorBB[c];
316 }
317
318 inline int Position::piece_count(Color c, PieceType pt) const {
319   return pieceCount[c][pt];
320 }
321
322 inline const Square* Position::piece_list(Color c, PieceType pt) const {
323   return pieceList[c][pt];
324 }
325
326 inline Square Position::ep_square() const {
327   return st->epSquare;
328 }
329
330 inline Square Position::king_square(Color c) const {
331   return pieceList[c][KING][0];
332 }
333
334 inline bool Position::can_castle(CastleRight f) const {
335   return st->castleRights & f;
336 }
337
338 inline bool Position::can_castle(Color c) const {
339   return st->castleRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << c);
340 }
341
342 inline Square Position::castle_rook_square(CastleRight f) const {
343   return castleRookSquare[f];
344 }
345
346 template<PieceType Pt>
347 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
348   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, occupied_squares())
349         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
350         : StepAttacksBB[Pt][s];
351 }
352
353 template<>
354 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
355   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
356 }
357
358 inline Bitboard Position::attacks_from(Piece p, Square s) const {
359   return attacks_from(p, s, occupied_squares());
360 }
361
362 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
363   return attackers_to(s, occupied_squares());
364 }
365
366 inline Bitboard Position::checkers() const {
367   return st->checkersBB;
368 }
369
370 inline bool Position::in_check() const {
371   return st->checkersBB != 0;
372 }
373
374 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
375   return hidden_checkers<false>();
376 }
377
378 inline Bitboard Position::pinned_pieces() const {
379   return hidden_checkers<true>();
380 }
381
382 inline bool Position::pawn_is_passed(Color c, Square s) const {
383   return !(pieces(PAWN, ~c) & passed_pawn_mask(c, s));
384 }
385
386 inline Key Position::key() const {
387   return st->key;
388 }
389
390 inline Key Position::exclusion_key() const {
391   return st->key ^ zobExclusion;
392 }
393
394 inline Key Position::pawn_key() const {
395   return st->pawnKey;
396 }
397
398 inline Key Position::material_key() const {
399   return st->materialKey;
400 }
401
402 inline Score Position::pst(Piece p, Square s) const {
403   return pieceSquareTable[p][s];
404 }
405
406 inline Score Position::pst_delta(Piece piece, Square from, Square to) const {
407   return pieceSquareTable[piece][to] - pieceSquareTable[piece][from];
408 }
409
410 inline Score Position::value() const {
411   return st->value;
412 }
413
414 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
415   return st->npMaterial[c];
416 }
417
418 inline bool Position::is_passed_pawn_push(Move m) const {
419
420   return   board[from_sq(m)] == make_piece(sideToMove, PAWN)
421         && pawn_is_passed(sideToMove, to_sq(m));
422 }
423
424 inline int Position::startpos_ply_counter() const {
425   return startPosPly + st->pliesFromNull; // HACK
426 }
427
428 inline bool Position::opposite_colored_bishops() const {
429
430   return   pieceCount[WHITE][BISHOP] == 1
431         && pieceCount[BLACK][BISHOP] == 1
432         && opposite_colors(pieceList[WHITE][BISHOP][0], pieceList[BLACK][BISHOP][0]);
433 }
434
435 inline bool Position::both_color_bishops(Color c) const {
436   // Assumes that there are only two bishops
437   return  pieceCount[c][BISHOP] >= 2 &&
438           opposite_colors(pieceList[c][BISHOP][0], pieceList[c][BISHOP][1]);
439 }
440
441 inline bool Position::has_pawn_on_7th(Color c) const {
442   return pieces(PAWN, c) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
443 }
444
445 inline bool Position::is_chess960() const {
446   return chess960;
447 }
448
449 inline bool Position::is_capture_or_promotion(Move m) const {
450
451   assert(is_ok(m));
452   return is_special(m) ? !is_castle(m) : !square_is_empty(to_sq(m));
453 }
454
455 inline bool Position::is_capture(Move m) const {
456
457   // Note that castle is coded as "king captures the rook"
458   assert(is_ok(m));
459   return (!square_is_empty(to_sq(m)) && !is_castle(m)) || is_enpassant(m);
460 }
461
462 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
463   return st->capturedType;
464 }
465
466 inline int Position::thread() const {
467   return threadID;
468 }
469
470 #endif // !defined(POSITION_H_INCLUDED)