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) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2020 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 #include <algorithm>
  47
  48 #if defined(_MSC_VER)
  49 // Disable some silly and noisy warning from MSVC compiler
  50 #pragma warning(disable: 4127) // Conditional expression is constant
  51 #pragma warning(disable: 4146) // Unary minus operator applied to unsigned type
  52 #pragma warning(disable: 4800) // Forcing value to bool 'true' or 'false'
  53 #endif
  54
  55 /// Predefined macros hell:
  56 ///
  57 /// __GNUC__           Compiler is gcc, Clang or Intel on Linux
  58 /// __INTEL_COMPILER   Compiler is Intel
  59 /// _MSC_VER           Compiler is MSVC or Intel on Windows
  60 /// _WIN32             Building on Windows (any)
  61 /// _WIN64             Building on Windows 64 bit
  62
  63 #if defined(_WIN64) && defined(_MSC_VER) // No Makefile used
  64 #  include <intrin.h> // Microsoft header for _BitScanForward64()
  65 #  define IS_64BIT
  66 #endif
  67
  68 #if defined(USE_POPCNT) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
  69 #  include <nmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_popcnt_u64()
  70 #endif
  71
  72 #if !defined(NO_PREFETCH) && (defined(__INTEL_COMPILER) || defined(_MSC_VER))
  73 #  include <xmmintrin.h> // Intel and Microsoft header for _mm_prefetch()
  74 #endif
  75
  76 #if defined(USE_PEXT)
  77 #  include <immintrin.h> // Header for _pext_u64() intrinsic
  78 #  define pext(b, m) _pext_u64(b, m)
  79 #else
  80 #  define pext(b, m) 0
  81 #endif
  82
  83 #ifdef USE_POPCNT
  84 constexpr bool HasPopCnt = true;
  85 #else
  86 constexpr bool HasPopCnt = false;
  87 #endif
  88
  89 #ifdef USE_PEXT
  90 constexpr bool HasPext = true;
  91 #else
  92 constexpr bool HasPext = false;
  93 #endif
  94
  95 #ifdef IS_64BIT
  96 constexpr bool Is64Bit = true;
  97 #else
  98 constexpr bool Is64Bit = false;
  99 #endif
 100
 101 typedef uint64_t Key;
 102 typedef uint64_t Bitboard;
 103
 104 constexpr int MAX_MOVES = 256;
 105 constexpr int MAX_PLY   = 246;
 106
 107 /// A move needs 16 bits to be stored
 108 ///
 109 /// bit  0- 5: destination square (from 0 to 63)
 110 /// bit  6-11: origin square (from 0 to 63)
 111 /// bit 12-13: promotion piece type - 2 (from KNIGHT-2 to QUEEN-2)
 112 /// bit 14-15: special move flag: promotion (1), en passant (2), castling (3)
 113 /// NOTE: EN-PASSANT bit is set only when a pawn can be captured
 114 ///
 115 /// Special cases are MOVE_NONE and MOVE_NULL. We can sneak these in because in
 116 /// any normal move destination square is always different from origin square
 117 /// while MOVE_NONE and MOVE_NULL have the same origin and destination square.
 118
 119 enum Move : int {
 120   MOVE_NONE,
 121   MOVE_NULL = 65
 122 };
 123
 124 enum MoveType {
 125   NORMAL,
 126   PROMOTION = 1 << 14,
 127   ENPASSANT = 2 << 14,
 128   CASTLING  = 3 << 14
 129 };
 130
 131 enum Color {
 132   WHITE, BLACK, COLOR_NB = 2
 133 };
 134
 135 enum CastlingRights {
 136   NO_CASTLING,
 137   WHITE_OO,
 138   WHITE_OOO = WHITE_OO << 1,
 139   BLACK_OO  = WHITE_OO << 2,
 140   BLACK_OOO = WHITE_OO << 3,
 141
 142   KING_SIDE      = WHITE_OO  | BLACK_OO,
 143   QUEEN_SIDE     = WHITE_OOO | BLACK_OOO,
 144   WHITE_CASTLING = WHITE_OO  | WHITE_OOO,
 145   BLACK_CASTLING = BLACK_OO  | BLACK_OOO,
 146   ANY_CASTLING   = WHITE_CASTLING | BLACK_CASTLING,
 147
 148   CASTLING_RIGHT_NB = 16
 149 };
 150
 151 enum Phase {
 152   PHASE_ENDGAME,
 153   PHASE_MIDGAME = 128,
 154   MG = 0, EG = 1, PHASE_NB = 2
 155 };
 156
 157 enum ScaleFactor {
 158   SCALE_FACTOR_DRAW    = 0,
 159   SCALE_FACTOR_NORMAL  = 64,
 160   SCALE_FACTOR_MAX     = 128,
 161   SCALE_FACTOR_NONE    = 255
 162 };
 163
 164 enum Bound {
 165   BOUND_NONE,
 166   BOUND_UPPER,
 167   BOUND_LOWER,
 168   BOUND_EXACT = BOUND_UPPER | BOUND_LOWER
 169 };
 170
 171 enum Value : int {
 172   VALUE_ZERO      = 0,
 173   VALUE_DRAW      = 0,
 174   VALUE_KNOWN_WIN = 10000,
 175   VALUE_MATE      = 32000,
 176   VALUE_INFINITE  = 32001,
 177   VALUE_NONE      = 32002,
 178
 179   VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  =  VALUE_MATE - 2 * MAX_PLY,
 180   VALUE_MATED_IN_MAX_PLY = -VALUE_MATE + 2 * MAX_PLY,
 181
 182   PawnValueMg   = 128,   PawnValueEg   = 213,
 183   KnightValueMg = 781,   KnightValueEg = 854,
 184   BishopValueMg = 825,   BishopValueEg = 915,
 185   RookValueMg   = 1276,  RookValueEg   = 1380,
 186   QueenValueMg  = 2538,  QueenValueEg  = 2682,
 187
 188   MidgameLimit  = 15258, EndgameLimit  = 3915
 189 };
 190
 191 enum PieceType {
 192   NO_PIECE_TYPE, PAWN, KNIGHT, BISHOP, ROOK, QUEEN, KING,
 193   ALL_PIECES = 0,
 194   PIECE_TYPE_NB = 8
 195 };
 196
 197 enum Piece {
 198   NO_PIECE,
 199   W_PAWN = 1, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
 200   B_PAWN = 9, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING,
 201   PIECE_NB = 16
 202 };
 203
 204 extern Value PieceValue[PHASE_NB][PIECE_NB];
 205
 206 typedef int Depth;
 207
 208 enum : int {
 209
 210   DEPTH_QS_CHECKS     =  0,
 211   DEPTH_QS_NO_CHECKS  = -1,
 212   DEPTH_QS_RECAPTURES = -5,
 213
 214   DEPTH_NONE   = -6,
 215   DEPTH_OFFSET = DEPTH_NONE,
 216 };
 217
 218 enum Square : int {
 219   SQ_A1, SQ_B1, SQ_C1, SQ_D1, SQ_E1, SQ_F1, SQ_G1, SQ_H1,
 220   SQ_A2, SQ_B2, SQ_C2, SQ_D2, SQ_E2, SQ_F2, SQ_G2, SQ_H2,
 221   SQ_A3, SQ_B3, SQ_C3, SQ_D3, SQ_E3, SQ_F3, SQ_G3, SQ_H3,
 222   SQ_A4, SQ_B4, SQ_C4, SQ_D4, SQ_E4, SQ_F4, SQ_G4, SQ_H4,
 223   SQ_A5, SQ_B5, SQ_C5, SQ_D5, SQ_E5, SQ_F5, SQ_G5, SQ_H5,
 224   SQ_A6, SQ_B6, SQ_C6, SQ_D6, SQ_E6, SQ_F6, SQ_G6, SQ_H6,
 225   SQ_A7, SQ_B7, SQ_C7, SQ_D7, SQ_E7, SQ_F7, SQ_G7, SQ_H7,
 226   SQ_A8, SQ_B8, SQ_C8, SQ_D8, SQ_E8, SQ_F8, SQ_G8, SQ_H8,
 227   SQ_NONE,
 228
 229   SQUARE_NB = 64
 230 };
 231
 232 enum Direction : int {
 233   NORTH =  8,
 234   EAST  =  1,
 235   SOUTH = -NORTH,
 236   WEST  = -EAST,
 237
 238   NORTH_EAST = NORTH + EAST,
 239   SOUTH_EAST = SOUTH + EAST,
 240   SOUTH_WEST = SOUTH + WEST,
 241   NORTH_WEST = NORTH + WEST
 242 };
 243
 244 enum File : int {
 245   FILE_A, FILE_B, FILE_C, FILE_D, FILE_E, FILE_F, FILE_G, FILE_H, FILE_NB
 246 };
 247
 248 enum Rank : int {
 249   RANK_1, RANK_2, RANK_3, RANK_4, RANK_5, RANK_6, RANK_7, RANK_8, RANK_NB
 250 };
 251
 252
 253 /// Score enum stores a middlegame and an endgame value in a single integer (enum).
 254 /// The least significant 16 bits are used to store the middlegame value and the
 255 /// upper 16 bits are used to store the endgame value. We have to take care to
 256 /// avoid left-shifting a signed int to avoid undefined behavior.
 257 enum Score : int { SCORE_ZERO };
 258
 259 constexpr Score make_score(int mg, int eg) {
 260   return Score((int)((unsigned int)eg << 16) + mg);
 261 }
 262
 263 /// Extracting the signed lower and upper 16 bits is not so trivial because
 264 /// according to the standard a simple cast to short is implementation defined
 265 /// and so is a right shift of a signed integer.
 266 inline Value eg_value(Score s) {
 267   union { uint16_t u; int16_t s; } eg = { uint16_t(unsigned(s + 0x8000) >> 16) };
 268   return Value(eg.s);
 269 }
 270
 271 inline Value mg_value(Score s) {
 272   union { uint16_t u; int16_t s; } mg = { uint16_t(unsigned(s)) };
 273   return Value(mg.s);
 274 }
 275
 276 #define ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                \
 277 constexpr T operator+(T d1, T d2) { return T(int(d1) + int(d2)); } \
 278 constexpr T operator-(T d1, T d2) { return T(int(d1) - int(d2)); } \
 279 constexpr T operator-(T d) { return T(-int(d)); }                  \
 280 inline T& operator+=(T& d1, T d2) { return d1 = d1 + d2; }         \
 281 inline T& operator-=(T& d1, T d2) { return d1 = d1 - d2; }
 282
 283 #define ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(T)                                \
 284 inline T& operator++(T& d) { return d = T(int(d) + 1); }           \
 285 inline T& operator--(T& d) { return d = T(int(d) - 1); }
 286
 287 #define ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(T)                                \
 288 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(T)                                        \
 289 constexpr T operator*(int i, T d) { return T(i * int(d)); }        \
 290 constexpr T operator*(T d, int i) { return T(int(d) * i); }        \
 291 constexpr T operator/(T d, int i) { return T(int(d) / i); }        \
 292 constexpr int operator/(T d1, T d2) { return int(d1) / int(d2); }  \
 293 inline T& operator*=(T& d, int i) { return d = T(int(d) * i); }    \
 294 inline T& operator/=(T& d, int i) { return d = T(int(d) / i); }
 295
 296 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Value)
 297 ENABLE_FULL_OPERATORS_ON(Direction)
 298
 299 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(PieceType)
 300 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Piece)
 301 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Square)
 302 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(File)
 303 ENABLE_INCR_OPERATORS_ON(Rank)
 304
 305 ENABLE_BASE_OPERATORS_ON(Score)
 306
 307 #undef ENABLE_FULL_OPERATORS_ON
 308 #undef ENABLE_INCR_OPERATORS_ON
 309 #undef ENABLE_BASE_OPERATORS_ON
 310
 311 /// Additional operators to add integers to a Value
 312 constexpr Value operator+(Value v, int i) { return Value(int(v) + i); }
 313 constexpr Value operator-(Value v, int i) { return Value(int(v) - i); }
 314 inline Value& operator+=(Value& v, int i) { return v = v + i; }
 315 inline Value& operator-=(Value& v, int i) { return v = v - i; }
 316
 317 /// Additional operators to add a Direction to a Square
 318 constexpr Square operator+(Square s, Direction d) { return Square(int(s) + int(d)); }
 319 constexpr Square operator-(Square s, Direction d) { return Square(int(s) - int(d)); }
 320 inline Square& operator+=(Square& s, Direction d) { return s = s + d; }
 321 inline Square& operator-=(Square& s, Direction d) { return s = s - d; }
 322
 323 /// Only declared but not defined. We don't want to multiply two scores due to
 324 /// a very high risk of overflow. So user should explicitly convert to integer.
 325 Score operator*(Score, Score) = delete;
 326
 327 /// Division of a Score must be handled separately for each term
 328 inline Score operator/(Score s, int i) {
 329   return make_score(mg_value(s) / i, eg_value(s) / i);
 330 }
 331
 332 /// Multiplication of a Score by an integer. We check for overflow in debug mode.
 333 inline Score operator*(Score s, int i) {
 334
 335   Score result = Score(int(s) * i);
 336
 337   assert(eg_value(result) == (i * eg_value(s)));
 338   assert(mg_value(result) == (i * mg_value(s)));
 339   assert((i == 0) || (result / i) == s);
 340
 341   return result;
 342 }
 343
 344 /// Multiplication of a Score by a boolean
 345 inline Score operator*(Score s, bool b) {
 346   return Score(int(s) * int(b));
 347 }
 348
 349 constexpr Color operator~(Color c) {
 350   return Color(c ^ BLACK); // Toggle color
 351 }
 352
 353 constexpr Square operator~(Square s) {
 354   return Square(s ^ SQ_A8); // Vertical flip SQ_A1 -> SQ_A8
 355 }
 356
 357 constexpr Piece operator~(Piece pc) {
 358   return Piece(pc ^ 8); // Swap color of piece B_KNIGHT -> W_KNIGHT
 359 }
 360
 361 inline File map_to_queenside(File f) {
 362   return std::min(f, File(FILE_H - f)); // Map files ABCDEFGH to files ABCDDCBA
 363 }
 364
 365 constexpr CastlingRights operator&(Color c, CastlingRights cr) {
 366   return CastlingRights((c == WHITE ? WHITE_CASTLING : BLACK_CASTLING) & cr);
 367 }
 368
 369 constexpr Value mate_in(int ply) {
 370   return VALUE_MATE - ply;
 371 }
 372
 373 constexpr Value mated_in(int ply) {
 374   return -VALUE_MATE + ply;
 375 }
 376
 377 constexpr Square make_square(File f, Rank r) {
 378   return Square((r << 3) + f);
 379 }
 380
 381 constexpr Piece make_piece(Color c, PieceType pt) {
 382   return Piece((c << 3) + pt);
 383 }
 384
 385 constexpr PieceType type_of(Piece pc) {
 386   return PieceType(pc & 7);
 387 }
 388
 389 inline Color color_of(Piece pc) {
 390   assert(pc != NO_PIECE);
 391   return Color(pc >> 3);
 392 }
 393
 394 constexpr bool is_ok(Square s) {
 395   return s >= SQ_A1 && s <= SQ_H8;
 396 }
 397
 398 constexpr File file_of(Square s) {
 399   return File(s & 7);
 400 }
 401
 402 constexpr Rank rank_of(Square s) {
 403   return Rank(s >> 3);
 404 }
 405
 406 constexpr Square relative_square(Color c, Square s) {
 407   return Square(s ^ (c * 56));
 408 }
 409
 410 constexpr Rank relative_rank(Color c, Rank r) {
 411   return Rank(r ^ (c * 7));
 412 }
 413
 414 constexpr Rank relative_rank(Color c, Square s) {
 415   return relative_rank(c, rank_of(s));
 416 }
 417
 418 constexpr Direction pawn_push(Color c) {
 419   return c == WHITE ? NORTH : SOUTH;
 420 }
 421
 422 constexpr Square from_sq(Move m) {
 423   return Square((m >> 6) & 0x3F);
 424 }
 425
 426 constexpr Square to_sq(Move m) {
 427   return Square(m & 0x3F);
 428 }
 429
 430 constexpr int from_to(Move m) {
 431  return m & 0xFFF;
 432 }
 433
 434 constexpr MoveType type_of(Move m) {
 435   return MoveType(m & (3 << 14));
 436 }
 437
 438 constexpr PieceType promotion_type(Move m) {
 439   return PieceType(((m >> 12) & 3) + KNIGHT);
 440 }
 441
 442 constexpr Move make_move(Square from, Square to) {
 443   return Move((from << 6) + to);
 444 }
 445
 446 constexpr Move reverse_move(Move m) {
 447   return make_move(to_sq(m), from_sq(m));
 448 }
 449
 450 template<MoveType T>
 451 constexpr Move make(Square from, Square to, PieceType pt = KNIGHT) {
 452   return Move(T + ((pt - KNIGHT) << 12) + (from << 6) + to);
 453 }
 454
 455 constexpr bool is_ok(Move m) {
 456   return from_sq(m) != to_sq(m); // Catch MOVE_NULL and MOVE_NONE
 457 }
 458
 459 #endif // #ifndef TYPES_H_INCLUDED