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More random draw evaluations
[stockfish] / src / position.cpp
index 0be309ee60cac3d0ea78bcec0ad6c38237e7768b..6336a5ed193bb4c3aef1731b7c1bcfda858d3e0a 100644 (file)
@@ -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];
@@ -59,13 +55,13 @@ constexpr Piece Pieces[] = { W_PAWN, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING
 // valuable attacker for the side to move, remove the attacker we just found
 // from the bitboards and scan for new X-ray attacks behind it.
 
-template<int Pt>
+template<PieceType Pt>
 PieceType min_attacker(const Bitboard* byTypeBB, Square to, Bitboard stmAttackers,
                        Bitboard& occupied, Bitboard& attackers) {
 
   Bitboard b = stmAttackers & byTypeBB[Pt];
   if (!b)
-      return min_attacker<Pt + 1>(byTypeBB, to, stmAttackers, occupied, attackers);
+      return min_attacker<PieceType(Pt + 1)>(byTypeBB, to, stmAttackers, occupied, attackers);
 
   occupied ^= lsb(b); // Remove the attacker from occupied
 
@@ -81,7 +77,7 @@ PieceType min_attacker(const Bitboard* byTypeBB, Square to, Bitboard stmAttacker
   // X-ray may add already processed pieces because byTypeBB[] is constant: in
   // the rook example, now attackers contains _again_ rook in a7, so remove it.
   attackers &= occupied;
-  return (PieceType)Pt;
+  return Pt;
 }
 
 template<>
@@ -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);
 }
 
 
@@ -297,24 +330,18 @@ Position& Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Th
 void Position::set_castling_right(Color c, Square rfrom) {
 
   Square kfrom = square<KING>(c);
-  CastlingSide cs = kfrom < rfrom ? KING_SIDE : QUEEN_SIDE;
-  CastlingRight cr = (c | cs);
+  CastlingRights cr = c & (kfrom < rfrom ? KING_SIDE: QUEEN_SIDE);
 
   st->castlingRights |= cr;
   castlingRightsMask[kfrom] |= cr;
   castlingRightsMask[rfrom] |= cr;
   castlingRookSquare[cr] = rfrom;
 
-  Square kto = relative_square(c, cs == KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
-  Square rto = relative_square(c, cs == KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
-
-  for (Square s = std::min(rfrom, rto); s <= std::max(rfrom, rto); ++s)
-      if (s != kfrom && s != rfrom)
-          castlingPath[cr] |= s;
+  Square kto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
+  Square rto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
 
-  for (Square s = std::min(kfrom, kto); s <= std::max(kfrom, kto); ++s)
-      if (s != kfrom && s != rfrom)
-          castlingPath[cr] |= s;
+  castlingPath[cr] =   (between_bb(rfrom, rto) | between_bb(kfrom, kto) | rto | kto)
+                    & ~(square_bb(kfrom) | rfrom);
 }
 
 
@@ -346,7 +373,6 @@ 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 +382,12 @@ 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 (type_of(pc) == PAWN)
+          si->pawnKey ^= Zobrist::psq[pc][s];
+
+      else if (type_of(pc) != KING)
+          si->nonPawnMaterial[color_of(pc)] += PieceValue[MG][pc];
   }
 
   if (si->epSquare != SQ_NONE)
@@ -367,20 +398,9 @@ void Position::set_state(StateInfo* si) const {
 
   si->key ^= Zobrist::castling[si->castlingRights];
 
-  for (Bitboard b = pieces(PAWN); b; )
-  {
-      Square s = pop_lsb(&b);
-      si->pawnKey ^= Zobrist::psq[piece_on(s)][s];
-  }
-
   for (Piece pc : Pieces)
-  {
-      if (type_of(pc) != PAWN && type_of(pc) != KING)
-          si->nonPawnMaterial[color_of(pc)] += pieceCount[pc] * PieceValue[MG][pc];
-
       for (int cnt = 0; cnt < pieceCount[pc]; ++cnt)
           si->materialKey ^= Zobrist::psq[pc][cnt];
-  }
 }
 
 
@@ -434,18 +454,18 @@ 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()) + " ")
@@ -467,14 +487,15 @@ Bitboard Position::slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners
   Bitboard blockers = 0;
   pinners = 0;
 
-  // Snipers are sliders that attack 's' when a piece is removed
+  // Snipers are sliders that attack 's' when a piece and other snipers are removed
   Bitboard snipers = (  (PseudoAttacks[  ROOK][s] & pieces(QUEEN, ROOK))
                       | (PseudoAttacks[BISHOP][s] & pieces(QUEEN, BISHOP))) & sliders;
+  Bitboard occupancy = pieces() ^ snipers;
 
   while (snipers)
   {
     Square sniperSq = pop_lsb(&snipers);
-    Bitboard b = between_bb(s, sniperSq) & pieces();
+    Bitboard b = between_bb(s, sniperSq) & occupancy;
 
     if (b && !more_than_one(b))
     {
@@ -509,6 +530,7 @@ 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 +541,6 @@ 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 +553,35 @@ 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));
 }
 
 
@@ -578,7 +618,7 @@ bool Position::pseudo_legal(const Move m) const {
   {
       // We have already handled promotion moves, so destination
       // cannot be on the 8th/1st rank.
-      if (rank_of(to) == relative_rank(us, RANK_8))
+      if ((Rank8BB | Rank1BB) & to)
           return false;
 
       if (   !(attacks_from<PAWN>(from, us) & pieces(~us) & to) // Not a capture
@@ -717,7 +757,6 @@ 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 +795,6 @@ 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;
   }
@@ -812,24 +848,17 @@ 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];
       }
 
       // Update pawn hash key and prefetch access to pawnsTable
       st->pawnKey ^= Zobrist::psq[pc][from] ^ Zobrist::psq[pc][to];
-      prefetch2(thisThread->pawnsTable[st->pawnKey]);
 
       // Reset rule 50 draw counter
       st->rule50 = 0;
   }
 
-  // Update incremental scores
-  st->psq += PSQT::psq[pc][to] - PSQT::psq[pc][from];
-
   // Set capture piece
   st->capturedPiece = captured;
 
@@ -844,6 +873,25 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
   // Update king attacks used for fast check detection
   set_check_info(st);
 
+  // Calculate the repetition info. It is the ply distance from the previous
+  // occurrence of the same position, negative in the 3-fold case, or zero
+  // if the position was not repeated.
+  st->repetition = 0;
+  int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
+  if (end >= 4)
+  {
+      StateInfo* stp = st->previous->previous;
+      for (int i = 4; i <= end; i += 2)
+      {
+          stp = stp->previous->previous;
+          if (stp->key == st->key)
+          {
+              st->repetition = stp->repetition ? -i : i;
+              break;
+          }
+      }
+  }
+
   assert(pos_is_ok());
 }
 
@@ -959,6 +1007,8 @@ void Position::do_null_move(StateInfo& newSt) {
 
   set_check_info(st);
 
+  st->repetition = 0;
+
   assert(pos_is_ok());
 }
 
@@ -1036,8 +1086,8 @@ bool Position::see_ge(Move m, Value threshold) const {
       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
 
       // Don't allow pinned pieces to attack (except the king) as long as
-      // all pinners are on their original square.
-      if (!(st->pinners[~stm] & ~occupied))
+      // any pinners are on their original square.
+      if (st->pinners[~stm] & occupied)
           stmAttackers &= ~st->blockersForKing[stm];
 
       // If stm has no more attackers then give up: stm loses
@@ -1082,24 +1132,10 @@ bool Position::is_draw(int ply) const {
   if (st->rule50 > 99 && (!checkers() || MoveList<LEGAL>(*this).size()))
       return true;
 
-  int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
-
-  if (end < 4)
-    return false;
-
-  StateInfo* stp = st->previous->previous;
-  int cnt = 0;
-
-  for (int i = 4; i <= end; i += 2)
-  {
-      stp = stp->previous->previous;
-
-      // Return a draw score if a position repeats once earlier but strictly
-      // after the root, or repeats twice before or at the root.
-      if (   stp->key == st->key
-          && ++cnt + (ply > i) == 2)
-          return true;
-  }
+  // Return a draw score if a position repeats once earlier but strictly
+  // after the root, or repeats twice before or at the root.
+  if (st->repetition && st->repetition < ply)
+      return true;
 
   return false;
 }
@@ -1111,26 +1147,64 @@ bool Position::is_draw(int ply) const {
 bool Position::has_repeated() const {
 
     StateInfo* stc = st;
-    while (true)
+    int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
+    while (end-- >= 4)
     {
-        int i = 4, e = std::min(stc->rule50, stc->pliesFromNull);
+        if (stc->repetition)
+            return true;
+
+        stc = stc->previous;
+    }
+    return false;
+}
 
-        if (e < i)
-            return false;
 
-        StateInfo* stp = st->previous->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.
 
-        do {
-            stp = stp->previous->previous;
+bool Position::has_game_cycle(int ply) const {
 
-            if (stp->key == stc->key)
-                return true;
+  int j;
 
-            i += 2;
-        } while (i <= e);
+  int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
 
-        stc = stc->previous;
-    }
+  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()))
+          {
+              if (ply > i)
+                  return true;
+
+              // For nodes before or at the root, check that the move is a
+              // repetition rather than a move to the current position.
+              // In the cuckoo table, both moves Rc1c5 and Rc5c1 are stored in
+              // the same location, so we have to select which square to check.
+              if (color_of(piece_on(empty(s1) ? s2 : s1)) != side_to_move())
+                  continue;
+
+              // For repetitions before or at the root, require one more
+              if (stp->repetition)
+                  return true;
+          }
+      }
+  }
+  return false;
 }
 
 
@@ -1224,15 +1298,15 @@ bool Position::pos_is_ok() const {
               assert(0 && "pos_is_ok: Index");
   }
 
-  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
-      for (CastlingSide s = KING_SIDE; s <= QUEEN_SIDE; s = CastlingSide(s + 1))
+  for (Color c : { WHITE, BLACK })
+      for (CastlingRights cr : {c & KING_SIDE, c & QUEEN_SIDE})
       {
-          if (!can_castle(c | s))
+          if (!can_castle(cr))
               continue;
 
-          if (   piece_on(castlingRookSquare[c | s]) != make_piece(c, ROOK)
-              || castlingRightsMask[castlingRookSquare[c | s]] != (c | s)
-              || (castlingRightsMask[square<KING>(c)] & (c | s)) != (c | s))
+          if (   piece_on(castlingRookSquare[cr]) != make_piece(c, ROOK)
+              || castlingRightsMask[castlingRookSquare[cr]] != cr
+              || (castlingRightsMask[square<KING>(c)] & cr) != cr)
               assert(0 && "pos_is_ok: Castling");
       }