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[stockfish] / src / position.cpp
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@@ -2,7 +2,7 @@
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
-  Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
 
 using std::string;
 
-namespace PSQT {
-  extern Score psq[PIECE_NB][SQUARE_NB];
-}
-
 namespace Zobrist {
 
   Key psq[PIECE_NB][SQUARE_NB];
@@ -52,8 +48,8 @@ namespace {
 
 const string PieceToChar(" PNBRQK  pnbrqk");
 
-const Piece Pieces[] = { W_PAWN, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
-                         B_PAWN, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING };
+constexpr Piece Pieces[] = { W_PAWN, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
+                             B_PAWN, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING };
 
 // min_attacker() is a helper function used by see_ge() to locate the least
 // valuable attacker for the side to move, remove the attacker we just found
@@ -130,6 +126,19 @@ std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos) {
 }
 
 
+// Marcel van Kervinck's cuckoo algorithm for fast detection of "upcoming repetition"
+// situations. Description of the algorithm in the following paper:
+// https://marcelk.net/2013-04-06/paper/upcoming-rep-v2.pdf
+
+// First and second hash functions for indexing the cuckoo tables
+inline int H1(Key h) { return h & 0x1fff; }
+inline int H2(Key h) { return (h >> 16) & 0x1fff; }
+
+// Cuckoo tables with Zobrist hashes of valid reversible moves, and the moves themselves
+Key cuckoo[8192];
+Move cuckooMove[8192];
+
+
 /// Position::init() initializes at startup the various arrays used to compute
 /// hash keys.
 
@@ -157,6 +166,30 @@ void Position::init() {
 
   Zobrist::side = rng.rand<Key>();
   Zobrist::noPawns = rng.rand<Key>();
+
+  // Prepare the cuckoo tables
+  std::memset(cuckoo, 0, sizeof(cuckoo));
+  std::memset(cuckooMove, 0, sizeof(cuckooMove));
+  int count = 0;
+  for (Piece pc : Pieces)
+      for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
+          for (Square s2 = Square(s1 + 1); s2 <= SQ_H8; ++s2)
+              if (PseudoAttacks[type_of(pc)][s1] & s2)
+              {
+                  Move move = make_move(s1, s2);
+                  Key key = Zobrist::psq[pc][s1] ^ Zobrist::psq[pc][s2] ^ Zobrist::side;
+                  int i = H1(key);
+                  while (true)
+                  {
+                      std::swap(cuckoo[i], key);
+                      std::swap(cuckooMove[i], move);
+                      if (move == MOVE_NONE) // Arrived at empty slot?
+                          break;
+                      i = (i == H1(key)) ? H2(key) : H1(key); // Push victim to alternative slot
+                  }
+                  count++;
+             }
+  assert(count == 3668);
 }
 
 
@@ -346,7 +379,6 @@ void Position::set_state(StateInfo* si) const {
   si->key = si->materialKey = 0;
   si->pawnKey = Zobrist::noPawns;
   si->nonPawnMaterial[WHITE] = si->nonPawnMaterial[BLACK] = VALUE_ZERO;
-  si->psq = SCORE_ZERO;
   si->checkersBB = attackers_to(square<KING>(sideToMove)) & pieces(~sideToMove);
 
   set_check_info(si);
@@ -356,7 +388,6 @@ void Position::set_state(StateInfo* si) const {
       Square s = pop_lsb(&b);
       Piece pc = piece_on(s);
       si->key ^= Zobrist::psq[pc][s];
-      si->psq += PSQT::psq[pc][s];
   }
 
   if (si->epSquare != SQ_NONE)
@@ -434,18 +465,18 @@ const string Position::fen() const {
   ss << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
 
   if (can_castle(WHITE_OO))
-      ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE |  KING_SIDE))) : 'K');
+      ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OO ))) : 'K');
 
   if (can_castle(WHITE_OOO))
-      ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE | QUEEN_SIDE))) : 'Q');
+      ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OOO))) : 'Q');
 
   if (can_castle(BLACK_OO))
-      ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK |  KING_SIDE))) : 'k');
+      ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OO ))) : 'k');
 
   if (can_castle(BLACK_OOO))
-      ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK | QUEEN_SIDE))) : 'q');
+      ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
 
-  if (!can_castle(WHITE) && !can_castle(BLACK))
+  if (!can_castle(ANY_CASTLING))
       ss << '-';
 
   ss << (ep_square() == SQ_NONE ? " - " : " " + UCI::square(ep_square()) + " ")
@@ -509,6 +540,7 @@ bool Position::legal(Move m) const {
 
   Color us = sideToMove;
   Square from = from_sq(m);
+  Square to = to_sq(m);
 
   assert(color_of(moved_piece(m)) == us);
   assert(piece_on(square<KING>(us)) == make_piece(us, KING));
@@ -519,7 +551,6 @@ bool Position::legal(Move m) const {
   if (type_of(m) == ENPASSANT)
   {
       Square ksq = square<KING>(us);
-      Square to = to_sq(m);
       Square capsq = to - pawn_push(us);
       Bitboard occupied = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
 
@@ -532,16 +563,35 @@ bool Position::legal(Move m) const {
             && !(attacks_bb<BISHOP>(ksq, occupied) & pieces(~us, QUEEN, BISHOP));
   }
 
-  // If the moving piece is a king, check whether the destination
-  // square is attacked by the opponent. Castling moves are checked
-  // for legality during move generation.
+  // Castling moves generation does not check if the castling path is clear of
+  // enemy attacks, it is delayed at a later time: now!
+  if (type_of(m) == CASTLING)
+  {
+      // After castling, the rook and king final positions are the same in
+      // Chess960 as they would be in standard chess.
+      to = relative_square(us, to > from ? SQ_G1 : SQ_C1);
+      Direction step = to > from ? WEST : EAST;
+
+      for (Square s = to; s != from; s += step)
+          if (attackers_to(s) & pieces(~us))
+              return false;
+
+      // In case of Chess960, verify that when moving the castling rook we do
+      // not discover some hidden checker.
+      // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
+      return   !chess960
+            || !(attacks_bb<ROOK>(to, pieces() ^ to_sq(m)) & pieces(~us, ROOK, QUEEN));
+  }
+
+  // If the moving piece is a king, check whether the destination square is
+  // attacked by the opponent.
   if (type_of(piece_on(from)) == KING)
-      return type_of(m) == CASTLING || !(attackers_to(to_sq(m)) & pieces(~us));
+      return !(attackers_to(to) & pieces(~us));
 
   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
   // is moving along the ray towards or away from the king.
   return   !(blockers_for_king(us) & from)
-        ||  aligned(from, to_sq(m), square<KING>(us));
+        ||  aligned(from, to, square<KING>(us));
 }
 
 
@@ -717,7 +767,6 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
       Square rfrom, rto;
       do_castling<true>(us, from, to, rfrom, rto);
 
-      st->psq += PSQT::psq[captured][rto] - PSQT::psq[captured][rfrom];
       k ^= Zobrist::psq[captured][rfrom] ^ Zobrist::psq[captured][rto];
       captured = NO_PIECE;
   }
@@ -756,9 +805,6 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
       st->materialKey ^= Zobrist::psq[captured][pieceCount[captured]];
       prefetch(thisThread->materialTable[st->materialKey]);
 
-      // Update incremental scores
-      st->psq -= PSQT::psq[captured][capsq];
-
       // Reset rule 50 counter
       st->rule50 = 0;
   }
@@ -812,9 +858,6 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
           st->materialKey ^=  Zobrist::psq[promotion][pieceCount[promotion]-1]
                             ^ Zobrist::psq[pc][pieceCount[pc]];
 
-          // Update incremental score
-          st->psq += PSQT::psq[promotion][to] - PSQT::psq[pc][to];
-
           // Update material
           st->nonPawnMaterial[us] += PieceValue[MG][promotion];
       }
@@ -827,9 +870,6 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
       st->rule50 = 0;
   }
 
-  // Update incremental scores
-  st->psq += PSQT::psq[pc][to] - PSQT::psq[pc][from];
-
   // Set capture piece
   st->capturedPiece = captured;
 
@@ -1105,6 +1145,87 @@ bool Position::is_draw(int ply) const {
 }
 
 
+// Position::has_repeated() tests whether there has been at least one repetition
+// of positions since the last capture or pawn move.
+
+bool Position::has_repeated() const {
+
+    StateInfo* stc = st;
+    while (true)
+    {
+        int i = 4, end = std::min(stc->rule50, stc->pliesFromNull);
+
+        if (end < i)
+            return false;
+
+        StateInfo* stp = stc->previous->previous;
+
+        do {
+            stp = stp->previous->previous;
+
+            if (stp->key == stc->key)
+                return true;
+
+            i += 2;
+        } while (i <= end);
+
+        stc = stc->previous;
+    }
+}
+
+
+/// Position::has_game_cycle() tests if the position has a move which draws by repetition,
+/// or an earlier position has a move that directly reaches the current position.
+
+bool Position::has_game_cycle(int ply) const {
+
+  int j;
+
+  int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
+
+  if (end < 3)
+    return false;
+
+  Key originalKey = st->key;
+  StateInfo* stp = st->previous;
+
+  for (int i = 3; i <= end; i += 2)
+  {
+      stp = stp->previous->previous;
+
+      Key moveKey = originalKey ^ stp->key;
+      if (   (j = H1(moveKey), cuckoo[j] == moveKey)
+          || (j = H2(moveKey), cuckoo[j] == moveKey))
+      {
+          Move move = cuckooMove[j];
+          Square s1 = from_sq(move);
+          Square s2 = to_sq(move);
+
+          if (!(between_bb(s1, s2) & pieces()))
+          {
+              // In the cuckoo table, both moves Rc1c5 and Rc5c1 are stored in the same
+              // location. We select the legal one by reversing the move variable if necessary.
+              if (empty(s1))
+                  move = make_move(s2, s1);
+
+              if (ply > i)
+                  return true;
+
+              // For repetitions before or at the root, require one more
+              StateInfo* next_stp = stp;
+              for (int k = i + 2; k <= end; k += 2)
+              {
+                  next_stp = next_stp->previous->previous;
+                  if (next_stp->key == stp->key)
+                     return true;
+              }
+          }
+      }
+  }
+  return false;
+}
+
+
 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
 /// is only useful for debugging e.g. for finding evaluation symmetry bugs.
 
@@ -1146,7 +1267,7 @@ void Position::flip() {
 
 bool Position::pos_is_ok() const {
 
-  const bool Fast = true; // Quick (default) or full check?
+  constexpr bool Fast = true; // Quick (default) or full check?
 
   if (   (sideToMove != WHITE && sideToMove != BLACK)
       || piece_on(square<KING>(WHITE)) != W_KING