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) 2008-2015 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>  // For offsetof()
  25 #include <string>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "types.h"
  29
  30 class Position;
  31 struct Thread;
  32
  33 /// CheckInfo struct is initialized at c'tor time and keeps info used to detect
  34 /// if a move gives check.
  35
  36 struct CheckInfo {
  37
  38   explicit CheckInfo(const Position&);
  39
  40   Bitboard dcCandidates;
  41   Bitboard pinned;
  42   Bitboard checkSq[PIECE_TYPE_NB];
  43   Square   ksq;
  44 };
  45
  46
  47 /// StateInfo struct stores information needed to restore a Position object to
  48 /// its previous state when we retract a move. Whenever a move is made on the
  49 /// board (by calling Position::do_move), a StateInfo object must be passed.
  50
  51 struct StateInfo {
  52
  53   // Copied when making a move
  54   Key    pawnKey;
  55   Key    materialKey;
  56   Value  nonPawnMaterial[COLOR_NB];
  57   int    castlingRights;
  58   int    rule50;
  59   int    pliesFromNull;
  60   Score  psq;
  61   Square epSquare;
  62
  63   // Not copied when making a move
  64   Key        key;
  65   Bitboard   checkersBB;
  66   PieceType  capturedType;
  67   StateInfo* previous;
  68 };
  69
  70
  71 /// When making a move the current StateInfo up to 'key' excluded is copied to
  72 /// the new one. Here we calculate the quad words (64 bit) needed to be copied.
  73 const size_t StateCopySize64 = offsetof(StateInfo, key) / sizeof(uint64_t) + 1;
  74
  75
  76 /// Position class stores information regarding the board representation as
  77 /// pieces, side to move, hash keys, castling info, etc. Important methods are
  78 /// do_move() and undo_move(), used by the search to update node info when
  79 /// traversing the search tree.
  80
  81 class Position {
  82
  83   friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Position&);
  84
  85 public:
  86   static void init();
  87
  88   Position() = default; // To define the global object RootPos
  89   Position(const Position&) = delete;
  90   Position(const Position& pos, Thread* th) { *this = pos; thisThread = th; }
  91   Position(const std::string& f, bool c960, Thread* th) { set(f, c960, th); }
  92   Position& operator=(const Position&); // To assign RootPos from UCI
  93
  94   // FEN string input/output
  95   void set(const std::string& fenStr, bool isChess960, Thread* th);
  96   const std::string fen() const;
  97
  98   // Position representation
  99   Bitboard pieces() const;
 100   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
 101   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 102   Bitboard pieces(Color c) const;
 103   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
 104   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
 105   Piece piece_on(Square s) const;
 106   Square king_square(Color c) const;
 107   Square ep_square() const;
 108   bool empty(Square s) const;
 109   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
 110   template<PieceType Pt> const Square* list(Color c) const;
 111
 112   // Castling
 113   int can_castle(Color c) const;
 114   int can_castle(CastlingRight cr) const;
 115   bool castling_impeded(CastlingRight cr) const;
 116   Square castling_rook_square(CastlingRight cr) const;
 117
 118   // Checking
 119   Bitboard checkers() const;
 120   Bitboard discovered_check_candidates() const;
 121   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
 122
 123   // Attacks to/from a given square
 124   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 125   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const;
 126   Bitboard attacks_from(Piece pc, Square s) const;
 127   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
 128   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
 129
 130   // Properties of moves
 131   bool legal(Move m, Bitboard pinned) const;
 132   bool pseudo_legal(const Move m) const;
 133   bool capture(Move m) const;
 134   bool capture_or_promotion(Move m) const;
 135   bool gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
 136   bool advanced_pawn_push(Move m) const;
 137   Piece moved_piece(Move m) const;
 138   PieceType captured_piece_type() const;
 139
 140   // Piece specific
 141   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
 142   bool pawn_on_7th(Color c) const;
 143   bool opposite_bishops() const;
 144
 145   // Doing and undoing moves
 146   void do_move(Move m, StateInfo& st);
 147   void do_move(Move m, StateInfo& st, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck);
 148   void undo_move(Move m);
 149   void do_null_move(StateInfo& st);
 150   void undo_null_move();
 151
 152   // Static exchange evaluation
 153   Value see(Move m) const;
 154   Value see_sign(Move m) const;
 155
 156   // Accessing hash keys
 157   Key key() const;
 158   Key key_after(Move m) const;
 159   Key exclusion_key() const;
 160   Key material_key() const;
 161   Key pawn_key() const;
 162
 163   // Other properties of the position
 164   Color side_to_move() const;
 165   Phase game_phase() const;
 166   int game_ply() const;
 167   bool is_chess960() const;
 168   Thread* this_thread() const;
 169   uint64_t nodes_searched() const;
 170   void set_nodes_searched(uint64_t n);
 171   bool is_draw() const;
 172   int rule50_count() const;
 173   Score psq_score() const;
 174   Value non_pawn_material(Color c) const;
 175
 176   // Position consistency check, for debugging
 177   bool pos_is_ok(int* step = nullptr) const;
 178   void flip();
 179
 180 private:
 181   // Initialization helpers (used while setting up a position)
 182   void clear();
 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(Square s, Color c, PieceType pt);
 189   void remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt);
 190   void move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt);
 191   template<bool Do>
 192   void do_castling(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   StateInfo startState;
 205   uint64_t nodes;
 206   int gamePly;
 207   Color sideToMove;
 208   Thread* thisThread;
 209   StateInfo* st;
 210   bool chess960;
 211 };
 212
 213 inline Color Position::side_to_move() const {
 214   return sideToMove;
 215 }
 216
 217 inline bool Position::empty(Square s) const {
 218   return board[s] == NO_PIECE;
 219 }
 220
 221 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 222   return board[s];
 223 }
 224
 225 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
 226   return board[from_sq(m)];
 227 }
 228
 229 inline Bitboard Position::pieces() const {
 230   return byTypeBB[ALL_PIECES];
 231 }
 232
 233 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt) const {
 234   return byTypeBB[pt];
 235 }
 236
 237 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 238   return byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2];
 239 }
 240
 241 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
 242   return byColorBB[c];
 243 }
 244
 245 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
 246   return byColorBB[c] & byTypeBB[pt];
 247 }
 248
 249 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 250   return byColorBB[c] & (byTypeBB[pt1] | byTypeBB[pt2]);
 251 }
 252
 253 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
 254   return pieceCount[c][Pt];
 255 }
 256
 257 template<PieceType Pt> inline const Square* Position::list(Color c) const {
 258   return pieceList[c][Pt];
 259 }
 260
 261 inline Square Position::king_square(Color c) const {
 262   return pieceList[c][KING][0];
 263 }
 264
 265 inline Square Position::ep_square() const {
 266   return st->epSquare;
 267 }
 268
 269 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
 270   return st->castlingRights & cr;
 271 }
 272
 273 inline int Position::can_castle(Color c) const {
 274   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
 275 }
 276
 277 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
 278   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
 279 }
 280
 281 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
 282   return castlingRookSquare[cr];
 283 }
 284
 285 template<PieceType Pt>
 286 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
 287   return  Pt == BISHOP || Pt == ROOK ? attacks_bb<Pt>(s, byTypeBB[ALL_PIECES])
 288         : Pt == QUEEN  ? attacks_from<ROOK>(s) | attacks_from<BISHOP>(s)
 289         : StepAttacksBB[Pt][s];
 290 }
 291
 292 template<>
 293 inline Bitboard Position::attacks_from<PAWN>(Square s, Color c) const {
 294   return StepAttacksBB[make_piece(c, PAWN)][s];
 295 }
 296
 297 inline Bitboard Position::attacks_from(Piece pc, Square s) const {
 298   return attacks_bb(pc, s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
 299 }
 300
 301 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
 302   return attackers_to(s, byTypeBB[ALL_PIECES]);
 303 }
 304
 305 inline Bitboard Position::checkers() const {
 306   return st->checkersBB;
 307 }
 308
 309 inline Bitboard Position::discovered_check_candidates() const {
 310   return check_blockers(sideToMove, ~sideToMove);
 311 }
 312
 313 inline Bitboard Position::pinned_pieces(Color c) const {
 314   return check_blockers(c, c);
 315 }
 316
 317 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
 318   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_mask(c, s));
 319 }
 320
 321 inline bool Position::advanced_pawn_push(Move m) const {
 322   return   type_of(moved_piece(m)) == PAWN
 323         && relative_rank(sideToMove, from_sq(m)) > RANK_4;
 324 }
 325
 326 inline Key Position::key() const {
 327   return st->key;
 328 }
 329
 330 inline Key Position::pawn_key() const {
 331   return st->pawnKey;
 332 }
 333
 334 inline Key Position::material_key() const {
 335   return st->materialKey;
 336 }
 337
 338 inline Score Position::psq_score() const {
 339   return st->psq;
 340 }
 341
 342 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 343   return st->nonPawnMaterial[c];
 344 }
 345
 346 inline int Position::game_ply() const {
 347   return gamePly;
 348 }
 349
 350 inline int Position::rule50_count() const {
 351   return st->rule50;
 352 }
 353
 354 inline uint64_t Position::nodes_searched() const {
 355   return nodes;
 356 }
 357
 358 inline void Position::set_nodes_searched(uint64_t n) {
 359   nodes = n;
 360 }
 361
 362 inline bool Position::opposite_bishops() const {
 363   return   pieceCount[WHITE][BISHOP] == 1
 364         && pieceCount[BLACK][BISHOP] == 1
 365         && opposite_colors(pieceList[WHITE][BISHOP][0], pieceList[BLACK][BISHOP][0]);
 366 }
 367
 368 inline bool Position::pawn_on_7th(Color c) const {
 369   return pieces(c, PAWN) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
 370 }
 371
 372 inline bool Position::is_chess960() const {
 373   return chess960;
 374 }
 375
 376 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
 377
 378   assert(is_ok(m));
 379   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
 380 }
 381
 382 inline bool Position::capture(Move m) const {
 383
 384   // Castling is encoded as "king captures the rook"
 385   assert(is_ok(m));
 386   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
 387 }
 388
 389 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
 390   return st->capturedType;
 391 }
 392
 393 inline Thread* Position::this_thread() const {
 394   return thisThread;
 395 }
 396
 397 inline void Position::put_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
 398
 399   board[s] = make_piece(c, pt);
 400   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
 401   byTypeBB[pt] |= s;
 402   byColorBB[c] |= s;
 403   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
 404   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
 405   pieceCount[c][ALL_PIECES]++;
 406 }
 407
 408 inline void Position::move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt) {
 409
 410   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long as index[]
 411   // is accessed just by known occupied squares.
 412   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
 413   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
 414   byTypeBB[pt] ^= from_to_bb;
 415   byColorBB[c] ^= from_to_bb;
 416   board[from] = NO_PIECE;
 417   board[to] = make_piece(c, pt);
 418   index[to] = index[from];
 419   pieceList[c][pt][index[to]] = to;
 420 }
 421
 422 inline void Position::remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
 423
 424   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
 425   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
 426   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
 427   // are not guaranteed to be invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
 428   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
 429   byTypeBB[pt] ^= s;
 430   byColorBB[c] ^= s;
 431   /* board[s] = NO_PIECE;  Not needed, overwritten by the capturing one */
 432   Square lastSquare = pieceList[c][pt][--pieceCount[c][pt]];
 433   index[lastSquare] = index[s];
 434   pieceList[c][pt][index[lastSquare]] = lastSquare;
 435   pieceList[c][pt][pieceCount[c][pt]] = SQ_NONE;
 436   pieceCount[c][ALL_PIECES]--;
 437 }
 438
 439 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED