009a933afcce059e17b55dcca5da86959e65821e
[stockfish] / src / types.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) 2015-2018 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 TYPES_H_INCLUDED
22 #define TYPES_H_INCLUDED
23
24 /// When compiling with provided Makefile (e.g. for Linux and OSX), configuration
25 /// is done automatically. To get started type 'make help'.
26 ///
27 /// When Makefile is not used (e.g. with Microsoft Visual Studio) some switches
28 /// need to be set manually:
29 ///
30 /// -DNDEBUG      | Disable debugging mode. Always use this for release.
31 ///
32 /// -DNO_PREFETCH | Disable use of prefetch asm-instruction. You may need this to
33 ///               | run on some very old machines.
34 ///
35 /// -DUSE_POPCNT  | Add runtime support for use of popcnt asm-instruction. Works
36 ///               | only in 64-bit mode and requires hardware with popcnt support.
37 ///
38 /// -DUSE_PEXT    | Add runtime support for use of pext asm-instruction. Works
39 ///               | only in 64-bit mode and requires hardware with pext support.
40
41 #include <cassert>
42 #include <cctype>
43 #include <climits>
44 #include <cstdint>
45 #include <cstdlib>
46
47 #if defined(_MSC_VER)
48 // Disable some silly and noisy warning from MSVC compiler
49 #pragma warning(disable: 4127) // Conditional expression is constant
50 #pragma warning(disable: 4146) // Unary minus operator applied to unsigned type
51 #pragma warning(disable: 4800) // Forcing value to bool 'true' or 'false'
52 #endif
53
54 /// Predefined macros hell:
55 ///
56 /// __GNUC__           Compiler is gcc, Clang or Intel on Linux
57 /// __INTEL_COMPILER   Compiler is Intel
58 /// _MSC_VER           Compiler is MSVC or Intel on Windows
59 /// _WIN32             Building on Windows (any)
60 /// _WIN64             Building on Windows 64 bit
61
62 #if defined(_WIN64) && defined(_MSC_VER) // No Makefile used
63 #  include <intrin.h> // Microsoft header for _BitScanForward64()
64 #  define IS_64BIT
65 #endif
66
67 #if defined(USE_POPCNT) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
68 #  include <nmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_popcnt_u64()
69 #endif
70
71 #if !defined(NO_PREFETCH) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
72 #  include <xmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_prefetch()
73 #endif
74
75 #if defined(USE_PEXT)
76 #  include <immintrin.h> // Header for _pext_u64() intrinsic
77 #  define pext(b, m) _pext_u64(b, m)
78 #else
79 #  define pext(b, m) 0
80 #endif
81
82 #ifdef USE_POPCNT
83 const bool HasPopCnt = true;
84 #else
85 const bool HasPopCnt = false;
86 #endif
87
88 #ifdef USE_PEXT
89 const bool HasPext = true;
90 #else
91 const bool HasPext = false;
92 #endif
93
94 #ifdef IS_64BIT
95 const bool Is64Bit = true;
96 #else
97 const bool Is64Bit = false;
98 #endif
99
100 typedef uint64_t Key;
101 typedef uint64_t Bitboard;
102
103 const int MAX_MOVES = 256;
104 const int MAX_PLY   = 128;
105
106 /// A move needs 16 bits to be stored
107 ///
108 /// bit  0- 5: destination square (from 0 to 63)
109 /// bit  6-11: origin square (from 0 to 63)
110 /// bit 12-13: promotion piece type - 2 (from KNIGHT-2 to QUEEN-2)
111 /// bit 14-15: special move flag: promotion (1), en passant (2), castling (3)
112 /// NOTE: EN-PASSANT bit is set only when a pawn can be captured
113 ///
114 /// Special cases are MOVE_NONE and MOVE_NULL. We can sneak these in because in
115 /// any normal move destination square is always different from origin square
116 /// while MOVE_NONE and MOVE_NULL have the same origin and destination square.
117
118 enum Move : int {
119   MOVE_NONE,
120   MOVE_NULL = 65
121 };
122
123 enum MoveType {
124   NORMAL,
125   PROMOTION = 1 << 14,
126   ENPASSANT = 2 << 14,
127   CASTLING  = 3 << 14
128 };
129
130 enum Color {
131   WHITE, BLACK, COLOR_NB = 2
132 };
133
134 enum CastlingSide {
135   KING_SIDE, QUEEN_SIDE, CASTLING_SIDE_NB = 2
136 };
137
138 enum CastlingRight {
139   NO_CASTLING,
140   WHITE_OO,
141   WHITE_OOO = WHITE_OO << 1,
142   BLACK_OO  = WHITE_OO << 2,
143   BLACK_OOO = WHITE_OO << 3,
144   ANY_CASTLING = WHITE_OO | WHITE_OOO | BLACK_OO | BLACK_OOO,
145   CASTLING_RIGHT_NB = 16
146 };
147
148 template<Color C, CastlingSide S> struct MakeCastling {
149   static constexpr CastlingRight
150   right = C == WHITE ? S == QUEEN_SIDE ? WHITE_OOO : WHITE_OO
151                      : S == QUEEN_SIDE ? BLACK_OOO : BLACK_OO;
152 };
153
154 enum Phase {
155   PHASE_ENDGAME,
156   PHASE_MIDGAME = 128,
157   MG = 0, EG = 1, PHASE_NB = 2
158 };
159
160 enum ScaleFactor {
161   SCALE_FACTOR_DRAW    = 0,
162   SCALE_FACTOR_ONEPAWN = 48,
163   SCALE_FACTOR_NORMAL  = 64,
164   SCALE_FACTOR_MAX     = 128,
165   SCALE_FACTOR_NONE    = 255
166 };
167
168 enum Bound {
169   BOUND_NONE,
170   BOUND_UPPER,
171   BOUND_LOWER,
172   BOUND_EXACT = BOUND_UPPER | BOUND_LOWER
173 };
174
175 enum Value : int {
176   VALUE_ZERO      = 0,
177   VALUE_DRAW      = 0,
178   VALUE_KNOWN_WIN = 10000,
179   VALUE_MATE      = 32000,
180   VALUE_INFINITE  = 32001,
181   VALUE_NONE      = 32002,
182
183   VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  =  VALUE_MATE - 2 * MAX_PLY,
184   VALUE_MATED_IN_MAX_PLY = -VALUE_MATE + 2 * MAX_PLY,
185
186   PawnValueMg   = 171,   PawnValueEg   = 240,
187   KnightValueMg = 764,   KnightValueEg = 848,
188   BishopValueMg = 826,   BishopValueEg = 891,
189   RookValueMg   = 1282,  RookValueEg   = 1373,
190   QueenValueMg  = 2526,  QueenValueEg  = 2646,
191
192   MidgameLimit  = 15258, EndgameLimit  = 3915
193 };
194
195 enum PieceType {
196   NO_PIECE_TYPE, PAWN, KNIGHT, BISHOP, ROOK, QUEEN, KING,
197   ALL_PIECES = 0,
198   QUEEN_DIAGONAL = 7,
199   PIECE_TYPE_NB = 8
200 };
201
202 enum Piece {
203   NO_PIECE,
204   W_PAWN = 1, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
205   B_PAWN = 9, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING,
206   PIECE_NB = 16
207 };
208
209 extern Value PieceValue[PHASE_NB][PIECE_NB];
210
211 enum Depth : int {
212
213   ONE_PLY = 1,
214
215   DEPTH_ZERO          =  0 * ONE_PLY,
216   DEPTH_QS_CHECKS     =  0 * ONE_PLY,
217   DEPTH_QS_NO_CHECKS  = -1 * ONE_PLY,
218   DEPTH_QS_RECAPTURES = -5 * ONE_PLY,
219
220   DEPTH_NONE = -6 * ONE_PLY,
221   DEPTH_MAX  = MAX_PLY * ONE_PLY
222 };
223
224 static_assert(!(ONE_PLY & (ONE_PLY - 1)), "ONE_PLY is not a power of 2");
225
226 enum Square : int {
227   SQ_A1, SQ_B1, SQ_C1, SQ_D1, SQ_E1, SQ_F1, SQ_G1, SQ_H1,
228   SQ_A2, SQ_B2, SQ_C2, SQ_D2, SQ_E2, SQ_F2, SQ_G2, SQ_H2,
229   SQ_A3, SQ_B3, SQ_C3, SQ_D3, SQ_E3, SQ_F3, SQ_G3, SQ_H3,
230   SQ_A4, SQ_B4, SQ_C4, SQ_D4, SQ_E4, SQ_F4, SQ_G4, SQ_H4,
231   SQ_A5, SQ_B5, SQ_C5, SQ_D5, SQ_E5, SQ_F5, SQ_G5, SQ_H5,
232   SQ_A6, SQ_B6, SQ_C6, SQ_D6, SQ_E6, SQ_F6, SQ_G6, SQ_H6,
233   SQ_A7, SQ_B7, SQ_C7, SQ_D7, SQ_E7, SQ_F7, SQ_G7, SQ_H7,
234   SQ_A8, SQ_B8, SQ_C8, SQ_D8, SQ_E8, SQ_F8, SQ_G8, SQ_H8,
235   SQ_NONE,
236
237   SQUARE_NB = 64
238 };
239
240 enum Direction : int {
241   NORTH =  8,
242   EAST  =  1,
243   SOUTH = -NORTH,
244   WEST  = -EAST,
245
246   NORTH_EAST = NORTH + EAST,
247   SOUTH_EAST = SOUTH + EAST,
248   SOUTH_WEST = SOUTH + WEST,
249   NORTH_WEST = NORTH + WEST
250 };
251
252 enum File : int {
253   FILE_A, FILE_B, FILE_C, FILE_D, FILE_E, FILE_F, FILE_G, FILE_H, FILE_NB
254 };
255
256 enum Rank : int {
257   RANK_1, RANK_2, RANK_3, RANK_4, RANK_5, RANK_6, RANK_7, RANK_8, RANK_NB
258 };
259
260
261 /// Score enum stores a middlegame and an endgame value in a single integer
262 /// (enum). The least significant 16 bits are used to store the endgame value
263 /// and the upper 16 bits are used to store the middlegame value. Take some
264 /// care to avoid left-shifting a signed int to avoid undefined behavior.
265 enum Score : int { SCORE_ZERO };
266
267 constexpr Score make_score(int mg, int eg) {
268   return Score((int)((unsigned int)eg << 16) + mg);
269 }
270
271 /// Extracting the signed lower and upper 16 bits is not so trivial because
272 /// according to the standard a simple cast to short is implementation defined
273 /// and so is a right shift of a signed integer.
274 inline Value eg_value(Score s) {
275   union { uint16_t u; int16_t s; } eg = { uint16_t(unsigned(s + 0x8000) >> 16) };
276   return Value(eg.s);
277 }
278
279 inline Value mg_value(Score s) {
280   union { uint16_t u; int16_t s; } mg = { uint16_t(unsigned(s)) };
281   return Value(mg.s);
282 }
283
284 #define ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                \
285 constexpr T operator+(T d1, T d2) { return T(int(d1) + int(d2)); } \
286 constexpr T operator-(T d1, T d2) { return T(int(d1) - int(d2)); } \
287 constexpr T operator-(T d) { return T(-int(d)); }                  \
288 inline T& operator+=(T& d1, T d2) { return d1 = d1 + d2; }         \
289 inline T& operator-=(T& d1, T d2) { return d1 = d1 - d2; }
290
291 #define ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(T)                                \
292 inline T& operator++(T& d) { return d = T(int(d) + 1); }           \
293 inline T& operator--(T& d) { return d = T(int(d) - 1); }
294
295 #define ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(T)                                \
296 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                        \
297 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(T)                                        \
298 constexpr T operator*(int i, T d) { return T(i * int(d)); }        \
299 constexpr T operator*(T d, int i) { return T(int(d) * i); }        \
300 constexpr T operator/(T d, int i) { return T(int(d) / i); }        \
301 constexpr int operator/(T d1, T d2) { return int(d1) / int(d2); }  \
302 inline T& operator*=(T& d, int i) { return d = T(int(d) * i); }    \
303 inline T& operator/=(T& d, int i) { return d = T(int(d) / i); }
304
305 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Value)
306 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Depth)
307 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Direction)
308
309 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(PieceType)
310 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Piece)
311 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Color)
312 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Square)
313 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(File)
314 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Rank)
315
316 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(Score)
317
318 #undef ENABLE_FULL_OPERATORS_ON
319 #undef ENABLE_INCR_OPERATORS_ON
320 #undef ENABLE_BASE_OPERATORS_ON
321
322 /// Additional operators to add integers to a Value
323 constexpr Value operator+(Value v, int i) { return Value(int(v) + i); }
324 constexpr Value operator-(Value v, int i) { return Value(int(v) - i); }
325 inline Value& operator+=(Value& v, int i) { return v = v + i; }
326 inline Value& operator-=(Value& v, int i) { return v = v - i; }
327
328 /// Additional operators to add a Direction to a Square
329 inline Square operator+(Square s, Direction d) { return Square(int(s) + int(d)); }
330 inline Square operator-(Square s, Direction d) { return Square(int(s) - int(d)); }
331 inline Square& operator+=(Square &s, Direction d) { return s = s + d; }
332 inline Square& operator-=(Square &s, Direction d) { return s = s - d; }
333
334 /// Only declared but not defined. We don't want to multiply two scores due to
335 /// a very high risk of overflow. So user should explicitly convert to integer.
336 Score operator*(Score, Score) = delete;
337
338 /// Division of a Score must be handled separately for each term
339 inline Score operator/(Score s, int i) {
340   return make_score(mg_value(s) / i, eg_value(s) / i);
341 }
342
343 /// Multiplication of a Score by an integer. We check for overflow in debug mode.
344 inline Score operator*(Score s, int i) {
345
346   Score result = Score(int(s) * i);
347
348   assert(eg_value(result) == (i * eg_value(s)));
349   assert(mg_value(result) == (i * mg_value(s)));
350   assert((i == 0) || (result / i) == s );
351
352   return result;
353 }
354
355 constexpr Color operator~(Color c) {
356   return Color(c ^ BLACK); // Toggle color
357 }
358
359 constexpr Square operator~(Square s) {
360   return Square(s ^ SQ_A8); // Vertical flip SQ_A1 -> SQ_A8
361 }
362
363 constexpr File operator~(File f) {
364   return File(f ^ FILE_H); // Horizontal flip FILE_A -> FILE_H
365 }
366
367 constexpr Piece operator~(Piece pc) {
368   return Piece(pc ^ 8); // Swap color of piece B_KNIGHT -> W_KNIGHT
369 }
370
371 constexpr CastlingRight operator|(Color c, CastlingSide s) {
372   return CastlingRight(WHITE_OO << ((s == QUEEN_SIDE) + 2 * c));
373 }
374
375 constexpr Value mate_in(int ply) {
376   return VALUE_MATE - ply;
377 }
378
379 constexpr Value mated_in(int ply) {
380   return -VALUE_MATE + ply;
381 }
382
383 constexpr Square make_square(File f, Rank r) {
384   return Square((r << 3) + f);
385 }
386
387 constexpr Piece make_piece(Color c, PieceType pt) {
388   return Piece((c << 3) + pt);
389 }
390
391 constexpr PieceType type_of(Piece pc) {
392   return PieceType(pc & 7);
393 }
394
395 inline Color color_of(Piece pc) {
396   assert(pc != NO_PIECE);
397   return Color(pc >> 3);
398 }
399
400 constexpr bool is_ok(Square s) {
401   return s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8;
402 }
403
404 constexpr File file_of(Square s) {
405   return File(s & 7);
406 }
407
408 constexpr Rank rank_of(Square s) {
409   return Rank(s >> 3);
410 }
411
412 constexpr Square relative_square(Color c, Square s) {
413   return Square(s ^ (c * 56));
414 }
415
416 constexpr Rank relative_rank(Color c, Rank r) {
417   return Rank(r ^ (c * 7));
418 }
419
420 constexpr Rank relative_rank(Color c, Square s) {
421   return relative_rank(c, rank_of(s));
422 }
423
424 inline bool opposite_colors(Square s1, Square s2) {
425   int s = int(s1) ^ int(s2);
426   return ((s >> 3) ^ s) & 1;
427 }
428
429 constexpr Direction pawn_push(Color c) {
430   return c == WHITE ? NORTH : SOUTH;
431 }
432
433 constexpr Square from_sq(Move m) {
434   return Square((m >> 6) & 0x3F);
435 }
436
437 constexpr Square to_sq(Move m) {
438   return Square(m & 0x3F);
439 }
440
441 constexpr int from_to(Move m) {
442  return m & 0xFFF;
443 }
444
445 constexpr MoveType type_of(Move m) {
446   return MoveType(m & (3 << 14));
447 }
448
449 constexpr PieceType promotion_type(Move m) {
450   return PieceType(((m >> 12) & 3) + KNIGHT);
451 }
452
453 inline Move make_move(Square from, Square to) {
454   return Move((from << 6) + to);
455 }
456
457 template<MoveType T>
458 constexpr Move make(Square from, Square to, PieceType pt = KNIGHT) {
459   return Move(T + ((pt - KNIGHT) << 12) + (from << 6) + to);
460 }
461
462 constexpr bool is_ok(Move m) {
463   return from_sq(m) != to_sq(m); // Catch MOVE_NULL and MOVE_NONE
464 }
465
466 #endif // #ifndef TYPES_H_INCLUDED