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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) 2008-2014 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>
25
26 #include "bitboard.h"
27 #include "types.h"
28
29
30 /// The checkInfo struct is initialized at c'tor time and keeps info used
31 /// to detect if a move gives check.
32 class Position;
33 struct Thread;
34
35 struct CheckInfo {
36
37   explicit CheckInfo(const Position&);
38
39   Bitboard dcCandidates;
40   Bitboard pinned;
41   Bitboard checkSq[PIECE_TYPE_NB];
42   Square ksq;
43 };
44
45
46 /// The StateInfo struct stores information needed to restore a Position
47 /// object to its previous state when we retract a move. Whenever a move
48 /// is made on the board (by calling Position::do_move), a StateInfo
49 /// object must be passed as a parameter.
50
51 struct StateInfo {
52   Key pawnKey, materialKey;
53   Value npMaterial[COLOR_NB];
54   int castlingRights, rule50, pliesFromNull;
55   Score psq;
56   Square epSquare;
57
58   Key key;
59   Bitboard checkersBB;
60   PieceType capturedType;
61   StateInfo* previous;
62 };
63
64
65 /// When making a move the current StateInfo up to 'key' excluded is copied to
66 /// the new one. Here we calculate the quad words (64bits) needed to be copied.
67 const size_t StateCopySize64 = offsetof(StateInfo, key) / sizeof(uint64_t) + 1;
68
69
70 /// The Position class stores the information regarding the board representation
71 /// like pieces, side to move, hash keys, castling info, etc. The most important
72 /// methods are do_move() and undo_move(), used by the search to update node info
73 /// when traversing the search tree.
74
75 class Position {
76 public:
77   Position() {}
78   Position(const Position& pos, Thread* t) { *this = pos; thisThread = t; }
79   Position(const std::string& f, bool c960, Thread* t) { set(f, c960, t); }
80   Position& operator=(const Position&);
81   static void init();
82
83   // Text input/output
84   void set(const std::string& fenStr, bool isChess960, Thread* th);
85   const std::string fen() const;
86   const std::string pretty(Move m = MOVE_NONE) const;
87
88   // Position representation
89   Bitboard pieces() const;
90   Bitboard pieces(PieceType pt) const;
91   Bitboard pieces(PieceType pt1, PieceType pt2) const;
92   Bitboard pieces(Color c) const;
93   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt) const;
94   Bitboard pieces(Color c, PieceType pt1, PieceType pt2) const;
95   Piece piece_on(Square s) const;
96   Square king_square(Color c) const;
97   Square ep_square() const;
98   bool empty(Square s) const;
99   template<PieceType Pt> int count(Color c) const;
100   template<PieceType Pt> const Square* list(Color c) const;
101
102   // Castling
103   int can_castle(Color c) const;
104   int can_castle(CastlingRight cr) const;
105   bool castling_impeded(CastlingRight cr) const;
106   Square castling_rook_square(CastlingRight cr) const;
107
108   // Checking
109   Bitboard checkers() const;
110   Bitboard discovered_check_candidates() const;
111   Bitboard pinned_pieces(Color c) const;
112
113   // Attacks to/from a given square
114   Bitboard attackers_to(Square s) const;
115   Bitboard attackers_to(Square s, Bitboard occ) const;
116   Bitboard attacks_from(Piece pc, Square s) const;
117   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s) const;
118   template<PieceType> Bitboard attacks_from(Square s, Color c) const;
119
120   // Properties of moves
121   bool legal(Move m, Bitboard pinned) const;
122   bool pseudo_legal(const Move m) const;
123   bool capture(Move m) const;
124   bool capture_or_promotion(Move m) const;
125   bool gives_check(Move m, const CheckInfo& ci) const;
126   bool advanced_pawn_push(Move m) const;
127   Piece moved_piece(Move m) const;
128   PieceType captured_piece_type() const;
129
130   // Piece specific
131   bool pawn_passed(Color c, Square s) const;
132   bool pawn_on_7th(Color c) const;
133   bool bishop_pair(Color c) const;
134   bool opposite_bishops() const;
135
136   // Doing and undoing moves
137   void do_move(Move m, StateInfo& st);
138   void do_move(Move m, StateInfo& st, const CheckInfo& ci, bool moveIsCheck);
139   void undo_move(Move m);
140   void do_null_move(StateInfo& st);
141   void undo_null_move();
142
143   // Static exchange evaluation
144   Value see(Move m) const;
145   Value see_sign(Move m) const;
146
147   // Accessing hash keys
148   Key key() const;
149   Key exclusion_key() const;
150   Key pawn_key() const;
151   Key material_key() const;
152
153   // Incremental piece-square evaluation
154   Score psq_score() const;
155   Value non_pawn_material(Color c) const;
156
157   // Other properties of the position
158   Color side_to_move() const;
159   Phase game_phase() const;
160   int game_ply() const;
161   bool is_chess960() const;
162   Thread* this_thread() const;
163   uint64_t nodes_searched() const;
164   void set_nodes_searched(uint64_t n);
165   bool is_draw() const;
166
167   // Position consistency check, for debugging
168   bool pos_is_ok(int* step = NULL) const;
169   void flip();
170
171 private:
172   // Initialization helpers (used while setting up a position)
173   void clear();
174   void set_castling_right(Color c, Square rfrom);
175   void set_state(StateInfo* si) const;
176
177   // Helper functions
178   Bitboard check_blockers(Color c, Color kingColor) const;
179   void put_piece(Square s, Color c, PieceType pt);
180   void remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt);
181   void move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt);
182   template<bool Do>
183   void do_castling(Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto);
184
185   // Board and pieces
186   Piece board[SQUARE_NB];
187   Bitboard byTypeBB[PIECE_TYPE_NB];
188   Bitboard byColorBB[COLOR_NB];
189   int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
190   Square pieceList[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB][16];
191   int index[SQUARE_NB];
192
193   // Other info
194   int castlingRightsMask[SQUARE_NB];
195   Square castlingRookSquare[CASTLING_RIGHT_NB];
196   Bitboard castlingPath[CASTLING_RIGHT_NB];
197   StateInfo startState;
198   uint64_t nodes;
199   int gamePly;
200   Color sideToMove;
201   Thread* thisThread;
202   StateInfo* st;
203   bool chess960;
204 };
205
206 inline uint64_t Position::nodes_searched() const {
207   return nodes;
208 }
209
210 inline void Position::set_nodes_searched(uint64_t n) {
211   nodes = n;
212 }
213
214 inline Piece Position::piece_on(Square s) const {
215   return board[s];
216 }
217
218 inline Piece Position::moved_piece(Move m) const {
219   return board[from_sq(m)];
220 }
221
222 inline bool Position::empty(Square s) const {
223   return board[s] == NO_PIECE;
224 }
225
226 inline Color Position::side_to_move() const {
227   return sideToMove;
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::list(Color c) const {
259   return pieceList[c][Pt];
260 }
261
262 inline Square Position::ep_square() const {
263   return st->epSquare;
264 }
265
266 inline Square Position::king_square(Color c) const {
267   return pieceList[c][KING][0];
268 }
269
270 inline int Position::can_castle(CastlingRight cr) const {
271   return st->castlingRights & cr;
272 }
273
274 inline int Position::can_castle(Color c) const {
275   return st->castlingRights & ((WHITE_OO | WHITE_OOO) << (2 * c));
276 }
277
278 inline bool Position::castling_impeded(CastlingRight cr) const {
279   return byTypeBB[ALL_PIECES] & castlingPath[cr];
280 }
281
282 inline Square Position::castling_rook_square(CastlingRight cr) const {
283   return castlingRookSquare[cr];
284 }
285
286 template<PieceType Pt>
287 inline Bitboard Position::attacks_from(Square s) const {
288
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->npMaterial[c];
346 }
347
348 inline int Position::game_ply() const {
349   return gamePly;
350 }
351
352 inline bool Position::opposite_bishops() const {
353
354   return   pieceCount[WHITE][BISHOP] == 1
355         && pieceCount[BLACK][BISHOP] == 1
356         && opposite_colors(pieceList[WHITE][BISHOP][0], pieceList[BLACK][BISHOP][0]);
357 }
358
359 inline bool Position::bishop_pair(Color c) const {
360
361   return   pieceCount[c][BISHOP] >= 2
362         && opposite_colors(pieceList[c][BISHOP][0], pieceList[c][BISHOP][1]);
363 }
364
365 inline bool Position::pawn_on_7th(Color c) const {
366   return pieces(c, PAWN) & rank_bb(relative_rank(c, RANK_7));
367 }
368
369 inline bool Position::is_chess960() const {
370   return chess960;
371 }
372
373 inline bool Position::capture_or_promotion(Move m) const {
374
375   assert(is_ok(m));
376   return type_of(m) != NORMAL ? type_of(m) != CASTLING : !empty(to_sq(m));
377 }
378
379 inline bool Position::capture(Move m) const {
380
381   // Note that castling is encoded as "king captures the rook"
382   assert(is_ok(m));
383   return (!empty(to_sq(m)) && type_of(m) != CASTLING) || type_of(m) == ENPASSANT;
384 }
385
386 inline PieceType Position::captured_piece_type() const {
387   return st->capturedType;
388 }
389
390 inline Thread* Position::this_thread() const {
391   return thisThread;
392 }
393
394 inline void Position::put_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
395
396   board[s] = make_piece(c, pt);
397   byTypeBB[ALL_PIECES] |= s;
398   byTypeBB[pt] |= s;
399   byColorBB[c] |= s;
400   index[s] = pieceCount[c][pt]++;
401   pieceList[c][pt][index[s]] = s;
402 }
403
404 inline void Position::move_piece(Square from, Square to, Color c, PieceType pt) {
405
406   // index[from] is not updated and becomes stale. This works as long
407   // as index[] is accessed just by known occupied squares.
408   Bitboard from_to_bb = SquareBB[from] ^ SquareBB[to];
409   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= from_to_bb;
410   byTypeBB[pt] ^= from_to_bb;
411   byColorBB[c] ^= from_to_bb;
412   board[from] = NO_PIECE;
413   board[to] = make_piece(c, pt);
414   index[to] = index[from];
415   pieceList[c][pt][index[to]] = to;
416 }
417
418 inline void Position::remove_piece(Square s, Color c, PieceType pt) {
419
420   // WARNING: This is not a reversible operation. If we remove a piece in
421   // do_move() and then replace it in undo_move() we will put it at the end of
422   // the list and not in its original place, it means index[] and pieceList[]
423   // are not guaranteed to be invariant to a do_move() + undo_move() sequence.
424   byTypeBB[ALL_PIECES] ^= s;
425   byTypeBB[pt] ^= s;
426   byColorBB[c] ^= s;
427   /* board[s] = NO_PIECE; */ // Not needed, will be overwritten by capturing
428   Square lastSquare = pieceList[c][pt][--pieceCount[c][pt]];
429   index[lastSquare] = index[s];
430   pieceList[c][pt][index[lastSquare]] = lastSquare;
431   pieceList[c][pt][pieceCount[c][pt]] = SQ_NONE;
432 }
433
434 #endif // #ifndef POSITION_H_INCLUDED