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) 2004-2023 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
   4
   5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8   (at your option) any later version.
   9
  10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13   GNU General Public License for more details.
  14
  15   You should have received a copy of the GNU General Public License
  16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18
  19 #ifndef POSITION_H_INCLUDED
  20 #define POSITION_H_INCLUDED
  21
  22 #include <cassert>
  23 #include <deque>
  24 #include <memory> // For std::unique_ptr
  25 #include <string>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "psqt.h"
  30 #include "types.h"
  31
  32 #include "nnue/nnue_accumulator.h"
  33
  34 namespace Stockfish {
  35
  36 /// StateInfo struct stores information needed to restore a Position object to
  37 /// its previous state when we retract a move. Whenever a move is made on the
  38 /// board (by calling Position::do_move), a StateInfo object must be passed.
  39
  40 struct StateInfo {
  41
  42   // Copied when making a move
  43   Key    pawnKey;
  44   Key    materialKey;
  45   Value  nonPawnMaterial[COLOR_NB];
  46   int    castlingRights;
  47   int    rule50;
  48   int    pliesFromNull;
  49   Square epSquare;
  50
  51   // Not copied when making a move (will be recomputed anyhow)
  52   Key        key;
  53   Bitboard   checkersBB;
  54   StateInfo* previous;
  55   Bitboard   blockersForKing[COLOR_NB];
  56   Bitboard   pinners[COLOR_NB];
  57   Bitboard   checkSquares[PIECE_TYPE_NB];
  58   Piece      capturedPiece;
  59   int        repetition;
  60
  61   // Used by NNUE
  62   Eval::NNUE::Accumulator accumulator;
  63   DirtyPiece dirtyPiece;
  64 };
  65
  66
  67 /// A list to keep track of the position states along the setup moves (from the
  68 /// start position to the position just before the search starts). Needed by
  69 /// 'draw by repetition' detection. Use a std::deque because pointers to
  70 /// elements are not invalidated upon list resizing.
  71 using StateListPtr = std::unique_ptr<std::deque<StateInfo>>;
  72
  73
  74 /// Position class stores information regarding the board representation as
  75 /// pieces, side to move, hash keys, castling info, etc. Important methods are
  76 /// do_move() and undo_move(), used by the search to update node info when
  77 /// traversing the search tree.
  78 class Thread;
  79
  80 class Position {
  81 public:
  82   static void init();
  83
  84   Position() = default;
  85   Position(const Position&) = delete;
  86   Position& operator=(const Position&) = delete;
  87
  88   // FEN string input/output
  89   Position& set(const std::string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Thread* th);
  90   Position& set(const std::string& code, Color c, StateInfo* si);
  91   std::string fen() const;
  92
  93   // Position representation
  94   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
  95   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
  96   Bitboard pieces(Color c) const;
  97   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
  98   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
  99   Piece piece_on(Square s) const;
 100   Square ep_square() const;
 101   bool empty(Square s) const;
 102   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
 103   template<PieceType Pt> int count() const;
 104   template<PieceType Pt> Square square(Color c) const;
 105   bool is_on_semiopen_file(Color c, Square s) const;
 106
 107   // Castling
 108   CastlingRights castling_rights(Color c) const;
 109   bool can_castle(CastlingRights cr) const;
 110   bool castling_impeded(CastlingRights cr) const;
 111   Square castling_rook_square(CastlingRights cr) const;
 112
 113   // Checking
 114   Bitboard checkers() const;
 115   Bitboard blockers_for_king(Color c) const;
 116   Bitboard check_squares(PieceType pt) const;
 117   Bitboard pinners(Color c) const;
 118
 119   // Attacks to/from a given square
 120   Bitboard attackers_to(Square s) const;
 121   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const;
 122   Bitboard slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const;
 123   template<PieceType Pt> Bitboard attacks_by(Color c) const;
 124
 125   // Properties of moves
 126   bool legal(Move m) const;
 127   bool pseudo_legal(const Move m) const;
 128   bool capture(Move m) const;
 129   bool capture_stage(Move m) const;
 130   bool gives_check(Move m) const;
 131   Piece moved_piece(Move m) const;
 132   Piece captured_piece() const;
 133
 134   // Piece specific
 135   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
 136   bool opposite_bishops() const;
 137   int  pawns_on_same_color_squares(Color c, Square s) const;
 138
 139   // Doing and undoing moves
 140   void do_move(Move m, StateInfo& newSt);
 141   void do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck);
 142   void undo_move(Move m);
 143   void do_null_move(StateInfo& newSt);
 144   void undo_null_move();
 145
 146   // Static Exchange Evaluation
 147   bool see_ge(Move m, Bitboard& occupied, Value threshold = VALUE_ZERO) const;
 148   bool see_ge(Move m, Value threshold = VALUE_ZERO) const;
 149
 150   // Accessing hash keys
 151   Key key() const;
 152   Key key_after(Move m) const;
 153   Key material_key() const;
 154   Key pawn_key() const;
 155
 156   // Other properties of the position
 157   Color side_to_move() const;
 158   int game_ply() const;
 159   bool is_chess960() const;
 160   Thread* this_thread() const;
 161   bool is_draw(int ply) const;
 162   bool has_game_cycle(int ply) const;
 163   bool has_repeated() const;
 164   int rule50_count() const;
 165   Score psq_score() const;
 166   Value psq_eg_stm() const;
 167   Value non_pawn_material(Color c) const;
 168   Value non_pawn_material() const;
 169
 170   // Position consistency check, for debugging
 171   bool pos_is_ok() const;
 172   void flip();
 173
 174   // Used by NNUE
 175   StateInfo* state() const;
 176
 177   void put_piece(Piece pc, Square s);
 178   void remove_piece(Square s);
 179
 180 private:
 181   // Initialization helpers (used while setting up a position)
 182   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
 183   void set_state() const;
 184   void set_check_info() const;
 185
 186   // Other helpers
 187   void move_piece(Square from, Square to);
 188   template<bool Do>
 189   void do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
 190   template<bool AfterMove>
 191   Key adjust_key50(Key k) const;
 192
 193   // Data members
 194   Piece board[SQUARE_NB];
 195   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
 196   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
 197   int pieceCount[PIECE_NB];
 198   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
 199   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
 200   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
 201   Thread* thisThread;
 202   StateInfo* st;
 203   int gamePly;
 204   Color sideToMove;
 205   Score psq;
 206   bool chess960;
 207 };
 208
 209 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos);
 210
 211 inline Color Position::side_to_move() const {
 212   return sideToMove;
 213 }
 214
 215 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
 216   assert(is_ok(s));
 217   return board[s];
 218 }
 219
 220 inline bool Position::empty(Square s) const {
 221   return piece_on(s) == NO_PIECE;
 222 }
 223
 224 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
 225   return piece_on(from_sq(m));
 226 }
 227
 228 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt = ALL_PIECES) const {
 229   return byTypeBB[pt];
 230 }
 231
 232 inline Bitboard Position::pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 233   return pieces(pt1) | pieces(pt2);
 234 }
 235
 236 inline Bitboard Position::pieces(Color c) const {
 237   return byColorBB[c];
 238 }
 239
 240 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt) const {
 241   return pieces(c) & pieces(pt);
 242 }
 243
 244 inline Bitboard Position::pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const {
 245   return pieces(c) & (pieces(pt1) | pieces(pt2));
 246 }
 247
 248 template<PieceType Pt> inline int Position::count(Color c) const {
 249   return pieceCount[make_piece(c, Pt)];
 250 }
 251
 252 template<PieceType Pt> inline int Position::count() const {
 253   return count<Pt>(WHITE) + count<Pt>(BLACK);
 254 }
 255
 256 template<PieceType Pt> inline Square Position::square(Color c) const {
 257   assert(count<Pt>(c) == 1);
 258   return lsb(pieces(c, Pt));
 259 }
 260
 261 inline Square Position::ep_square() const {
 262   return st->epSquare;
 263 }
 264
 265 inline bool Position::is_on_semiopen_file(Color c, Square s) const {
 266   return !(pieces(c, PAWN) & file_bb(s));
 267 }
 268
 269 inline bool Position::can_castle(CastlingRights cr) const {
 270   return st->castlingRights & cr;
 271 }
 272
 273 inline CastlingRights Position::castling_rights(Color c) const {
 274   return c & CastlingRights(st->castlingRights);
 275 }
 276
 277 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRights cr) const {
 278   assert(cr == WHITE_OO || cr == WHITE_OOO || cr == BLACK_OO || cr == BLACK_OOO);
 279
 280   return pieces() & castlingPath[cr];
 281 }
 282
 283 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRights cr) const {
 284   assert(cr == WHITE_OO || cr == WHITE_OOO || cr == BLACK_OO || cr == BLACK_OOO);
 285
 286   return castlingRookSquare[cr];
 287 }
 288
 289 inline Bitboard Position::attackers_to(Square s) const {
 290   return attackers_to(s, pieces());
 291 }
 292
 293 template<PieceType Pt>
 294 inline Bitboard Position::attacks_by(Color c) const {
 295
 296   if constexpr (Pt == PAWN)
 297       return c == WHITE ? pawn_attacks_bb<WHITE>(pieces(WHITE, PAWN))
 298                         : pawn_attacks_bb<BLACK>(pieces(BLACK, PAWN));
 299   else
 300   {
 301       Bitboard threats = 0;
 302       Bitboard attackers = pieces(c, Pt);
 303       while (attackers)
 304           threats |= attacks_bb<Pt>(pop_lsb(attackers), pieces());
 305       return threats;
 306   }
 307 }
 308
 309 inline Bitboard Position::checkers() const {
 310   return st->checkersBB;
 311 }
 312
 313 inline Bitboard Position::blockers_for_king(Color c) const {
 314   return st->blockersForKing[c];
 315 }
 316
 317 inline Bitboard Position::pinners(Color c) const {
 318   return st->pinners[c];
 319 }
 320
 321 inline Bitboard Position::check_squares(PieceType pt) const {
 322   return st->checkSquares[pt];
 323 }
 324
 325 inline bool Position::pawn_passed(Color c, Square s) const {
 326   return !(pieces(~c, PAWN) & passed_pawn_span(c, s));
 327 }
 328
 329 inline int Position::pawns_on_same_color_squares(Color c, Square s) const {
 330   return popcount(pieces(c, PAWN) & ((DarkSquares & s) ? DarkSquares : ~DarkSquares));
 331 }
 332
 333 inline Key Position::key() const {
 334   return adjust_key50<false>(st->key);
 335 }
 336
 337 template<bool AfterMove>
 338 inline Key Position::adjust_key50(Key k) const
 339 {
 340   return st->rule50 < 14 - AfterMove
 341       ? k : k ^ make_key((st->rule50 - (14 - AfterMove)) / 8);
 342 }
 343
 344 inline Key Position::pawn_key() const {
 345   return st->pawnKey;
 346 }
 347
 348 inline Key Position::material_key() const {
 349   return st->materialKey;
 350 }
 351
 352 inline Score Position::psq_score() const {
 353   return psq;
 354 }
 355
 356 inline Value Position::psq_eg_stm() const {
 357   return (sideToMove == WHITE ? 1 : -1) * eg_value(psq);
 358 }
 359
 360 inline Value Position::non_pawn_material(Color c) const {
 361   return st->nonPawnMaterial[c];
 362 }
 363
 364 inline Value Position::non_pawn_material() const {
 365   return non_pawn_material(WHITE) + non_pawn_material(BLACK);
 366 }
 367
 368 inline int Position::game_ply() const {
 369   return gamePly;
 370 }
 371
 372 inline int Position::rule50_count() const {
 373   return st->rule50;
 374 }
 375
 376 inline bool Position::opposite_bishops() const {
 377   return   count<BISHOP>(WHITE) == 1
 378         && count<BISHOP>(BLACK) == 1
 379         && opposite_colors(square<BISHOP>(WHITE), square<BISHOP>(BLACK));
 380 }
 381
 382 inline bool Position::is_chess960() const {
 383   return chess960;
 384 }
 385
 386 inline bool Position::capture(Move m) const {
 387   assert(is_ok(m));
 388   return     (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING)
 389           ||  type_of(m) == EN_PASSANT;
 390 }
 391
 392 // returns true if a move is generated from the capture stage
 393 // having also queen promotions covered, i.e. consistency with the capture stage move generation
 394 // is needed to avoid the generation of duplicate moves.
 395 inline bool Position::capture_stage(Move m) const {
 396   assert(is_ok(m));
 397   return  capture(m) || promotion_type(m) == QUEEN;
 398 }
 399
 400 inline Piece Position::captured_piece() const {
 401   return st->capturedPiece;
 402 }
 403
 404 inline Thread* Position::this_thread() const {
 405   return thisThread;
 406 }
 407
 408 inline void Position::put_piece(Piece pc, Square s) {
 409
 410   board[s] = pc;
 411   byTypeBB[ALL_PIECES] |= byTypeBB[type_of(pc)] |= s;
 412   byColorBB[color_of(pc)] |= s;
 413   pieceCount[pc]++;
 414   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]++;
 415   psq += PSQT::psq[pc][s];
 416 }
 417
 418 inline void Position::remove_piece(Square s) {
 419
 420   Piece pc = board[s];
 421   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
 422   byTypeBB[type_of(pc)] ^= s;
 423   byColorBB[color_of(pc)] ^= s;
 424   board[s] = NO_PIECE;
 425   pieceCount[pc]--;
 426   pieceCount[make_piece(color_of(pc), ALL_PIECES)]--;
 427   psq -= PSQT::psq[pc][s];
 428 }
 429
 430 inline void Position::move_piece(Square from, Square to) {
 431
 432   Piece pc = board[from];
 433   Bitboard fromTo = from | to;
 434   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= fromTo;
 435   byTypeBB[type_of(pc)] ^= fromTo;
 436   byColorBB[color_of(pc)] ^= fromTo;
 437   board[from] = NO_PIECE;
 438   board[to] = pc;
 439   psq += PSQT::psq[pc][to] - PSQT::psq[pc][from];
 440 }
 441
 442 inline void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt) {
 443   do_move(m, newSt, gives_check(m));
 444 }
 445
 446 inline StateInfo* Position::state() const {
 447
 448   return st;
 449 }
 450
 451 } // namespace Stockfish
 452
 453 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED