git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/types.h

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2021 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 TYPES_H_INCLUDED
  20 #define TYPES_H_INCLUDED
  21
  22 /// When compiling with provided Makefile (e.g. for Linux and OSX), configuration
  23 /// is done automatically. To get started type 'make help'.
  24 ///
  25 /// When Makefile is not used (e.g. with Microsoft Visual Studio) some switches
  26 /// need to be set manually:
  27 ///
  28 /// -DNDEBUG      | Disable debugging mode. Always use this for release.
  29 ///
  30 /// -DNO_PREFETCH | Disable use of prefetch asm-instruction. You may need this to
  31 ///               | run on some very old machines.
  32 ///
  33 /// -DUSE_POPCNT  | Add runtime support for use of popcnt asm-instruction. Works
  34 ///               | only in 64-bit mode and requires hardware with popcnt support.
  35 ///
  36 /// -DUSE_PEXT    | Add runtime support for use of pext asm-instruction. Works
  37 ///               | only in 64-bit mode and requires hardware with pext support.
  38
  39 #include <cassert>
  40 #include <cctype>
  41 #include <cstdint>
  42 #include <cstdlib>
  43 #include <algorithm>
  44
  45 #if defined(_MSC_VER)
  46 // Disable some silly and noisy warning from MSVC compiler
  47 #pragma warning(disable: 4127) // Conditional expression is constant
  48 #pragma warning(disable: 4146) // Unary minus operator applied to unsigned type
  49 #pragma warning(disable: 4800) // Forcing value to bool 'true' or 'false'
  50 #endif
  51
  52 /// Predefined macros hell:
  53 ///
  54 /// __GNUC__           Compiler is gcc, Clang or Intel on Linux
  55 /// __INTEL_COMPILER   Compiler is Intel
  56 /// _MSC_VER           Compiler is MSVC or Intel on Windows
  57 /// _WIN32             Building on Windows (any)
  58 /// _WIN64             Building on Windows 64 bit
  59
  60 #if defined(__GNUC__ ) && (__GNUC__ < 9 || (__GNUC__ == 9 && __GNUC_MINOR__ <= 2)) && defined(_WIN32) && !defined(__clang__)
  61 #define ALIGNAS_ON_STACK_VARIABLES_BROKEN
  62 #endif
  63
  64 #define ASSERT_ALIGNED(ptr, alignment) assert(reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr) % alignment == 0)
  65
  66 #if defined(_WIN64) && defined(_MSC_VER) // No Makefile used
  67 #  include <intrin.h> // Microsoft header for _BitScanForward64()
  68 #  define IS_64BIT
  69 #endif
  70
  71 #if defined(USE_POPCNT) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
  72 #  include <nmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_popcnt_u64()
  73 #endif
  74
  75 #if !defined(NO_PREFETCH) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
  76 #  include <xmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_prefetch()
  77 #endif
  78
  79 #if defined(USE_PEXT)
  80 #  include <immintrin.h> // Header for _pext_u64() intrinsic
  81 #  define pext(b, m) _pext_u64(b, m)
  82 #else
  83 #  define pext(b, m) 0
  84 #endif
  85
  86 namespace Stockfish {
  87
  88 #ifdef USE_POPCNT
  89 constexpr bool HasPopCnt = true;
  90 #else
  91 constexpr bool HasPopCnt = false;
  92 #endif
  93
  94 #ifdef USE_PEXT
  95 constexpr bool HasPext = true;
  96 #else
  97 constexpr bool HasPext = false;
  98 #endif
  99
 100 #ifdef IS_64BIT
 101 constexpr bool Is64Bit = true;
 102 #else
 103 constexpr bool Is64Bit = false;
 104 #endif
 105
 106 typedef uint64_t Key;
 107 typedef uint64_t Bitboard;
 108
 109 constexpr int MAX_MOVES = 256;
 110 constexpr int MAX_PLY   = 246;
 111
 112 /// A move needs 16 bits to be stored
 113 ///
 114 /// bit  0- 5: destination square (from 0 to 63)
 115 /// bit  6-11: origin square (from 0 to 63)
 116 /// bit 12-13: promotion piece type - 2 (from KNIGHT-2 to QUEEN-2)
 117 /// bit 14-15: special move flag: promotion (1), en passant (2), castling (3)
 118 /// NOTE: en passant bit is set only when a pawn can be captured
 119 ///
 120 /// Special cases are MOVE_NONE and MOVE_NULL. We can sneak these in because in
 121 /// any normal move destination square is always different from origin square
 122 /// while MOVE_NONE and MOVE_NULL have the same origin and destination square.
 123
 124 enum Move : int {
 125   MOVE_NONE,
 126   MOVE_NULL = 65
 127 };
 128
 129 enum MoveType {
 130   NORMAL,
 131   PROMOTION = 1 << 14,
 132   EN_PASSANT = 2 << 14,
 133   CASTLING  = 3 << 14
 134 };
 135
 136 enum Color {
 137   WHITE, BLACK, COLOR_NB = 2
 138 };
 139
 140 enum CastlingRights {
 141   NO_CASTLING,
 142   WHITE_OO,
 143   WHITE_OOO = WHITE_OO << 1,
 144   BLACK_OO  = WHITE_OO << 2,
 145   BLACK_OOO = WHITE_OO << 3,
 146
 147   KING_SIDE      = WHITE_OO  | BLACK_OO,
 148   QUEEN_SIDE     = WHITE_OOO | BLACK_OOO,
 149   WHITE_CASTLING = WHITE_OO  | WHITE_OOO,
 150   BLACK_CASTLING = BLACK_OO  | BLACK_OOO,
 151   ANY_CASTLING   = WHITE_CASTLING | BLACK_CASTLING,
 152
 153   CASTLING_RIGHT_NB = 16
 154 };
 155
 156 enum Phase {
 157   PHASE_ENDGAME,
 158   PHASE_MIDGAME = 128,
 159   MG = 0, EG = 1, PHASE_NB = 2
 160 };
 161
 162 enum ScaleFactor {
 163   SCALE_FACTOR_DRAW    = 0,
 164   SCALE_FACTOR_NORMAL  = 64,
 165   SCALE_FACTOR_MAX     = 128,
 166   SCALE_FACTOR_NONE    = 255
 167 };
 168
 169 enum Bound {
 170   BOUND_NONE,
 171   BOUND_UPPER,
 172   BOUND_LOWER,
 173   BOUND_EXACT = BOUND_UPPER | BOUND_LOWER
 174 };
 175
 176 enum ExplosionState {
 177   EXPLOSION_NONE,
 178   MUST_CALM_DOWN
 179 };
 180
 181 enum Value : int {
 182   VALUE_ZERO      = 0,
 183   VALUE_DRAW      = 0,
 184   VALUE_KNOWN_WIN = 10000,
 185   VALUE_MATE      = 32000,
 186   VALUE_INFINITE  = 32001,
 187   VALUE_NONE      = 32002,
 188
 189   VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY  =  VALUE_MATE - 2 * MAX_PLY,
 190   VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY = -VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY,
 191   VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  =  VALUE_MATE - MAX_PLY,
 192   VALUE_MATED_IN_MAX_PLY = -VALUE_MATE_IN_MAX_PLY,
 193
 194   PawnValueMg   = 126,   PawnValueEg   = 208,
 195   KnightValueMg = 781,   KnightValueEg = 854,
 196   BishopValueMg = 825,   BishopValueEg = 915,
 197   RookValueMg   = 1276,  RookValueEg   = 1380,
 198   QueenValueMg  = 2538,  QueenValueEg  = 2682,
 199
 200   MidgameLimit  = 15258, EndgameLimit  = 3915
 201 };
 202
 203 enum PieceType {
 204   NO_PIECE_TYPE, PAWN, KNIGHT, BISHOP, ROOK, QUEEN, KING,
 205   ALL_PIECES = 0,
 206   PIECE_TYPE_NB = 8
 207 };
 208
 209 enum Piece {
 210   NO_PIECE,
 211   W_PAWN = PAWN,     W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
 212   B_PAWN = PAWN + 8, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING,
 213   PIECE_NB = 16
 214 };
 215
 216 constexpr Value PieceValue[PHASE_NB][PIECE_NB] = {
 217   { VALUE_ZERO, PawnValueMg, KnightValueMg, BishopValueMg, RookValueMg, QueenValueMg, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
 218     VALUE_ZERO, PawnValueMg, KnightValueMg, BishopValueMg, RookValueMg, QueenValueMg, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO },
 219   { VALUE_ZERO, PawnValueEg, KnightValueEg, BishopValueEg, RookValueEg, QueenValueEg, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO,
 220     VALUE_ZERO, PawnValueEg, KnightValueEg, BishopValueEg, RookValueEg, QueenValueEg, VALUE_ZERO, VALUE_ZERO }
 221 };
 222
 223 typedef int Depth;
 224
 225 enum : int {
 226   DEPTH_QS_CHECKS     =  0,
 227   DEPTH_QS_NO_CHECKS  = -1,
 228   DEPTH_QS_RECAPTURES = -5,
 229
 230   DEPTH_NONE   = -6,
 231
 232   DEPTH_OFFSET = -7 // value used only for TT entry occupancy check
 233 };
 234
 235 enum Square : int {
 236   SQ_A1, SQ_B1, SQ_C1, SQ_D1, SQ_E1, SQ_F1, SQ_G1, SQ_H1,
 237   SQ_A2, SQ_B2, SQ_C2, SQ_D2, SQ_E2, SQ_F2, SQ_G2, SQ_H2,
 238   SQ_A3, SQ_B3, SQ_C3, SQ_D3, SQ_E3, SQ_F3, SQ_G3, SQ_H3,
 239   SQ_A4, SQ_B4, SQ_C4, SQ_D4, SQ_E4, SQ_F4, SQ_G4, SQ_H4,
 240   SQ_A5, SQ_B5, SQ_C5, SQ_D5, SQ_E5, SQ_F5, SQ_G5, SQ_H5,
 241   SQ_A6, SQ_B6, SQ_C6, SQ_D6, SQ_E6, SQ_F6, SQ_G6, SQ_H6,
 242   SQ_A7, SQ_B7, SQ_C7, SQ_D7, SQ_E7, SQ_F7, SQ_G7, SQ_H7,
 243   SQ_A8, SQ_B8, SQ_C8, SQ_D8, SQ_E8, SQ_F8, SQ_G8, SQ_H8,
 244   SQ_NONE,
 245
 246   SQUARE_ZERO = 0,
 247   SQUARE_NB   = 64
 248 };
 249
 250 enum Direction : int {
 251   NORTH =  8,
 252   EAST  =  1,
 253   SOUTH = -NORTH,
 254   WEST  = -EAST,
 255
 256   NORTH_EAST = NORTH + EAST,
 257   SOUTH_EAST = SOUTH + EAST,
 258   SOUTH_WEST = SOUTH + WEST,
 259   NORTH_WEST = NORTH + WEST
 260 };
 261
 262 enum File : int {
 263   FILE_A, FILE_B, FILE_C, FILE_D, FILE_E, FILE_F, FILE_G, FILE_H, FILE_NB
 264 };
 265
 266 enum Rank : int {
 267   RANK_1, RANK_2, RANK_3, RANK_4, RANK_5, RANK_6, RANK_7, RANK_8, RANK_NB
 268 };
 269
 270 // Keep track of what a move changes on the board (used by NNUE)
 271 struct DirtyPiece {
 272
 273   // Number of changed pieces
 274   int dirty_num;
 275
 276   // Max 3 pieces can change in one move. A promotion with capture moves
 277   // both the pawn and the captured piece to SQ_NONE and the piece promoted
 278   // to from SQ_NONE to the capture square.
 279   Piece piece[3];
 280
 281   // From and to squares, which may be SQ_NONE
 282   Square from[3];
 283   Square to[3];
 284 };
 285
 286 /// Score enum stores a middlegame and an endgame value in a single integer (enum).
 287 /// The least significant 16 bits are used to store the middlegame value and the
 288 /// upper 16 bits are used to store the endgame value. We have to take care to
 289 /// avoid left-shifting a signed int to avoid undefined behavior.
 290 enum Score : int { SCORE_ZERO };
 291
 292 constexpr Score make_score(int mg, int eg) {
 293   return Score((int)((unsigned int)eg << 16) + mg);
 294 }
 295
 296 /// Extracting the signed lower and upper 16 bits is not so trivial because
 297 /// according to the standard a simple cast to short is implementation defined
 298 /// and so is a right shift of a signed integer.
 299 inline Value eg_value(Score s) {
 300   union { uint16_t u; int16_t s; } eg = { uint16_t(unsigned(s + 0x8000) >> 16) };
 301   return Value(eg.s);
 302 }
 303
 304 inline Value mg_value(Score s) {
 305   union { uint16_t u; int16_t s; } mg = { uint16_t(unsigned(s)) };
 306   return Value(mg.s);
 307 }
 308
 309 #define ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                \
 310 constexpr T operator+(T d1, int d2) { return T(int(d1) + d2); }    \
 311 constexpr T operator-(T d1, int d2) { return T(int(d1) - d2); }    \
 312 constexpr T operator-(T d) { return T(-int(d)); }                  \
 313 inline T& operator+=(T& d1, int d2) { return d1 = d1 + d2; }       \
 314 inline T& operator-=(T& d1, int d2) { return d1 = d1 - d2; }
 315
 316 #define ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(T)                                \
 317 inline T& operator++(T& d) { return d = T(int(d) + 1); }           \
 318 inline T& operator--(T& d) { return d = T(int(d) - 1); }
 319
 320 #define ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(T)                                \
 321 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                        \
 322 constexpr T operator*(int i, T d) { return T(i * int(d)); }        \
 323 constexpr T operator*(T d, int i) { return T(int(d) * i); }        \
 324 constexpr T operator/(T d, int i) { return T(int(d) / i); }        \
 325 constexpr int operator/(T d1, T d2) { return int(d1) / int(d2); }  \
 326 inline T& operator*=(T& d, int i) { return d = T(int(d) * i); }    \
 327 inline T& operator/=(T& d, int i) { return d = T(int(d) / i); }
 328
 329 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Value)
 330 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Direction)
 331
 332 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Piece)
 333 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(PieceType)
 334 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Square)
 335 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(File)
 336 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Rank)
 337
 338 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(Score)
 339
 340 #undef ENABLE_FULL_OPERATORS_ON
 341 #undef ENABLE_INCR_OPERATORS_ON
 342 #undef ENABLE_BASE_OPERATORS_ON
 343
 344 /// Additional operators to add a Direction to a Square
 345 constexpr Square operator+(Square s, Direction d) { return Square(int(s) + int(d)); }
 346 constexpr Square operator-(Square s, Direction d) { return Square(int(s) - int(d)); }
 347 inline Square& operator+=(Square& s, Direction d) { return s = s + d; }
 348 inline Square& operator-=(Square& s, Direction d) { return s = s - d; }
 349
 350 /// Only declared but not defined. We don't want to multiply two scores due to
 351 /// a very high risk of overflow. So user should explicitly convert to integer.
 352 Score operator*(Score, Score) = delete;
 353
 354 /// Division of a Score must be handled separately for each term
 355 inline Score operator/(Score s, int i) {
 356   return make_score(mg_value(s) / i, eg_value(s) / i);
 357 }
 358
 359 /// Multiplication of a Score by an integer. We check for overflow in debug mode.
 360 inline Score operator*(Score s, int i) {
 361
 362   Score result = Score(int(s) * i);
 363
 364   assert(eg_value(result) == (i * eg_value(s)));
 365   assert(mg_value(result) == (i * mg_value(s)));
 366   assert((i == 0) || (result / i) == s);
 367
 368   return result;
 369 }
 370
 371 /// Multiplication of a Score by a boolean
 372 inline Score operator*(Score s, bool b) {
 373   return b ? s : SCORE_ZERO;
 374 }
 375
 376 constexpr Color operator~(Color c) {
 377   return Color(c ^ BLACK); // Toggle color
 378 }
 379
 380 constexpr Square flip_rank(Square s) { // Swap A1 <-> A8
 381   return Square(s ^ SQ_A8);
 382 }
 383
 384 constexpr Square flip_file(Square s) { // Swap A1 <-> H1
 385   return Square(s ^ SQ_H1);
 386 }
 387
 388 constexpr Piece operator~(Piece pc) {
 389   return Piece(pc ^ 8); // Swap color of piece B_KNIGHT <-> W_KNIGHT
 390 }
 391
 392 constexpr CastlingRights operator&(Color c, CastlingRights cr) {
 393   return CastlingRights((c == WHITE ? WHITE_CASTLING : BLACK_CASTLING) & cr);
 394 }
 395
 396 constexpr Value mate_in(int ply) {
 397   return VALUE_MATE - ply;
 398 }
 399
 400 constexpr Value mated_in(int ply) {
 401   return -VALUE_MATE + ply;
 402 }
 403
 404 constexpr Square make_square(File f, Rank r) {
 405   return Square((r << 3) + f);
 406 }
 407
 408 constexpr Piece make_piece(Color c, PieceType pt) {
 409   return Piece((c << 3) + pt);
 410 }
 411
 412 constexpr PieceType type_of(Piece pc) {
 413   return PieceType(pc & 7);
 414 }
 415
 416 inline Color color_of(Piece pc) {
 417   assert(pc != NO_PIECE);
 418   return Color(pc >> 3);
 419 }
 420
 421 constexpr bool is_ok(Square s) {
 422   return s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8;
 423 }
 424
 425 constexpr File file_of(Square s) {
 426   return File(s & 7);
 427 }
 428
 429 constexpr Rank rank_of(Square s) {
 430   return Rank(s >> 3);
 431 }
 432
 433 constexpr Square relative_square(Color c, Square s) {
 434   return Square(s ^ (c * 56));
 435 }
 436
 437 constexpr Rank relative_rank(Color c, Rank r) {
 438   return Rank(r ^ (c * 7));
 439 }
 440
 441 constexpr Rank relative_rank(Color c, Square s) {
 442   return relative_rank(c, rank_of(s));
 443 }
 444
 445 constexpr Direction pawn_push(Color c) {
 446   return c == WHITE ? NORTH : SOUTH;
 447 }
 448
 449 constexpr Square from_sq(Move m) {
 450   return Square((m >> 6) & 0x3F);
 451 }
 452
 453 constexpr Square to_sq(Move m) {
 454   return Square(m & 0x3F);
 455 }
 456
 457 constexpr int from_to(Move m) {
 458  return m & 0xFFF;
 459 }
 460
 461 constexpr MoveType type_of(Move m) {
 462   return MoveType(m & (3 << 14));
 463 }
 464
 465 constexpr PieceType promotion_type(Move m) {
 466   return PieceType(((m >> 12) & 3) + KNIGHT);
 467 }
 468
 469 constexpr Move make_move(Square from, Square to) {
 470   return Move((from << 6) + to);
 471 }
 472
 473 template<MoveType T>
 474 constexpr Move make(Square from, Square to, PieceType pt = KNIGHT) {
 475   return Move(T + ((pt - KNIGHT) << 12) + (from << 6) + to);
 476 }
 477
 478 constexpr bool is_ok(Move m) {
 479   return from_sq(m) != to_sq(m); // Catch MOVE_NULL and MOVE_NONE
 480 }
 481
 482 /// Based on a congruential pseudo random number generator
 483 constexpr Key make_key(uint64_t seed) {
 484   return seed * 6364136223846793005ULL + 1442695040888963407ULL;
 485 }
 486
 487 } // namespace Stockfish
 488
 489 #endif // #ifndef TYPES_H_INCLUDED
 490
 491 #include "tune.h" // Global visibility to tuning setup