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[stockfish] / src / position.cpp
index 67cf2a02522c7f062d0cc41c647e01bb6463e91d..84c7ae8f1c65539101650b68492fe4a902de8f7d 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) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2018 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];
@@ -52,30 +48,35 @@ 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
 // from the bitboards and scan for new X-ray attacks behind it.
 
 template<int Pt>
-PieceType min_attacker(const Bitboard* bb, Square to, Bitboard stmAttackers,
+PieceType min_attacker(const Bitboard* byTypeBB, Square to, Bitboard stmAttackers,
                        Bitboard& occupied, Bitboard& attackers) {
 
-  Bitboard b = stmAttackers & bb[Pt];
+  Bitboard b = stmAttackers & byTypeBB[Pt];
   if (!b)
-      return min_attacker<Pt + 1>(bb, to, stmAttackers, occupied, attackers);
+      return min_attacker<Pt + 1>(byTypeBB, to, stmAttackers, occupied, attackers);
 
-  occupied ^= b & ~(b - 1);
+  occupied ^= lsb(b); // Remove the attacker from occupied
 
+  // Add any X-ray attack behind the just removed piece. For instance with
+  // rooks in a8 and a7 attacking a1, after removing a7 we add rook in a8.
+  // Note that new added attackers can be of any color.
   if (Pt == PAWN || Pt == BISHOP || Pt == QUEEN)
-      attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & (bb[BISHOP] | bb[QUEEN]);
+      attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & (byTypeBB[BISHOP] | byTypeBB[QUEEN]);
 
   if (Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
-      attackers |= attacks_bb<ROOK>(to, occupied) & (bb[ROOK] | bb[QUEEN]);
+      attackers |= attacks_bb<ROOK>(to, occupied) & (byTypeBB[ROOK] | byTypeBB[QUEEN]);
 
-  attackers &= occupied; // After X-ray that may add already processed pieces
+  // 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;
 }
 
@@ -125,6 +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.
 
@@ -152,6 +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 == 0)   // Arrived at empty slot ?
+                          break;
+                      i = (i == H1(key)) ? H2(key) : H1(key); // Push victim to alternative slot
+                  }
+                  count++;
+             }
+  assert(count == 3668);
 }
 
 
@@ -211,10 +249,10 @@ Position& Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Th
   while ((ss >> token) && !isspace(token))
   {
       if (isdigit(token))
-          sq += Square(token - '0'); // Advance the given number of files
+          sq += (token - '0') * EAST; // Advance the given number of files
 
       else if (token == '/')
-          sq -= Square(16);
+          sq += 2 * SOUTH;
 
       else if ((idx = PieceToChar.find(token)) != string::npos)
       {
@@ -272,7 +310,7 @@ Position& Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Th
   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
   ss >> std::skipws >> st->rule50 >> gamePly;
 
-  // Convert from fullmove starting from 1 to ply starting from 0,
+  // Convert from fullmove starting from 1 to gamePly starting from 0,
   // handle also common incorrect FEN with fullmove = 0.
   gamePly = std::max(2 * (gamePly - 1), 0) + (sideToMove == BLACK);
 
@@ -317,8 +355,8 @@ void Position::set_castling_right(Color c, Square rfrom) {
 
 void Position::set_check_info(StateInfo* si) const {
 
-  si->blockersForKing[WHITE] = slider_blockers(pieces(BLACK), square<KING>(WHITE), si->pinnersForKing[WHITE]);
-  si->blockersForKing[BLACK] = slider_blockers(pieces(WHITE), square<KING>(BLACK), si->pinnersForKing[BLACK]);
+  si->blockersForKing[WHITE] = slider_blockers(pieces(BLACK), square<KING>(WHITE), si->pinners[BLACK]);
+  si->blockersForKing[BLACK] = slider_blockers(pieces(WHITE), square<KING>(BLACK), si->pinners[WHITE]);
 
   Square ksq = square<KING>(~sideToMove);
 
@@ -341,7 +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);
@@ -351,7 +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)
@@ -450,19 +486,6 @@ const string Position::fen() const {
 }
 
 
-/// Position::game_phase() calculates the game phase interpolating total non-pawn
-/// material between endgame and midgame limits.
-
-Phase Position::game_phase() const {
-
-  Value npm = st->nonPawnMaterial[WHITE] + st->nonPawnMaterial[BLACK];
-
-  npm = std::max(EndgameLimit, std::min(npm, MidgameLimit));
-
-  return Phase(((npm - EndgameLimit) * PHASE_MIDGAME) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
-}
-
-
 /// Position::slider_blockers() returns a bitboard of all the pieces (both colors)
 /// that are blocking attacks on the square 's' from 'sliders'. A piece blocks a
 /// slider if removing that piece from the board would result in a position where
@@ -472,7 +495,7 @@ Phase Position::game_phase() const {
 
 Bitboard Position::slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const {
 
-  Bitboard result = 0;
+  Bitboard blockers = 0;
   pinners = 0;
 
   // Snipers are sliders that attack 's' when a piece is removed
@@ -484,14 +507,14 @@ Bitboard Position::slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners
     Square sniperSq = pop_lsb(&snipers);
     Bitboard b = between_bb(s, sniperSq) & pieces();
 
-    if (!more_than_one(b))
+    if (b && !more_than_one(b))
     {
-        result |= b;
+        blockers |= b;
         if (b & pieces(color_of(piece_on(s))))
             pinners |= sniperSq;
     }
   }
-  return result;
+  return blockers;
 }
 
 
@@ -548,7 +571,7 @@ bool Position::legal(Move m) const {
 
   // 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   !(pinned_pieces(us) & from)
+  return   !(blockers_for_king(us) & from)
         ||  aligned(from, to_sq(m), square<KING>(us));
 }
 
@@ -640,7 +663,7 @@ bool Position::gives_check(Move m) const {
       return true;
 
   // Is there a discovered check?
-  if (   (discovered_check_candidates() & from)
+  if (   (st->blockersForKing[~sideToMove] & from)
       && !aligned(from, to, square<KING>(~sideToMove)))
       return true;
 
@@ -690,7 +713,7 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
   assert(is_ok(m));
   assert(&newSt != st);
 
-  ++nodes;
+  thisThread->nodes.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
 
   // Copy some fields of the old state to our new StateInfo object except the
@@ -725,7 +748,6 @@ 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;
   }
@@ -764,9 +786,6 @@ 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;
   }
@@ -800,7 +819,7 @@ void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
       if (   (int(to) ^ int(from)) == 16
           && (attacks_from<PAWN>(to - pawn_push(us), us) & pieces(them, PAWN)))
       {
-          st->epSquare = (from + to) / 2;
+          st->epSquare = to - pawn_push(us);
           k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
       }
 
@@ -820,9 +839,6 @@ 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];
       }
@@ -835,9 +851,6 @@ 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;
 
@@ -1006,75 +1019,79 @@ bool Position::see_ge(Move m, Value threshold) const {
 
   assert(is_ok(m));
 
-  // Castling moves are implemented as king capturing the rook so cannot be
-  // handled correctly. Simply assume the SEE value is VALUE_ZERO that is always
-  // correct unless in the rare case the rook ends up under attack.
-  if (type_of(m) == CASTLING)
+  // Only deal with normal moves, assume others pass a simple see
+  if (type_of(m) != NORMAL)
       return VALUE_ZERO >= threshold;
 
+  Bitboard stmAttackers;
   Square from = from_sq(m), to = to_sq(m);
   PieceType nextVictim = type_of(piece_on(from));
-  Color stm = ~color_of(piece_on(from)); // First consider opponent's move
-  Value balance; // Values of the pieces taken by us minus opponent's ones
-  Bitboard occupied, stmAttackers;
+  Color us = color_of(piece_on(from));
+  Color stm = ~us; // First consider opponent's move
+  Value balance;   // Values of the pieces taken by us minus opponent's ones
 
-  if (type_of(m) == ENPASSANT)
-  {
-      occupied = SquareBB[to - pawn_push(~stm)]; // Remove the captured pawn
-      balance = PieceValue[MG][PAWN];
-  }
-  else
-  {
-      balance = PieceValue[MG][piece_on(to)];
-      occupied = 0;
-  }
+  // The opponent may be able to recapture so this is the best result
+  // we can hope for.
+  balance = PieceValue[MG][piece_on(to)] - threshold;
 
-  if (balance < threshold)
+  if (balance < VALUE_ZERO)
       return false;
 
-  if (nextVictim == KING)
-      return true;
-
+  // Now assume the worst possible result: that the opponent can
+  // capture our piece for free.
   balance -= PieceValue[MG][nextVictim];
 
-  if (balance >= threshold)
+  // If it is enough (like in PxQ) then return immediately. Note that
+  // in case nextVictim == KING we always return here, this is ok
+  // if the given move is legal.
+  if (balance >= VALUE_ZERO)
       return true;
 
-  bool relativeStm = true; // True if the opponent is to move
-  occupied ^= pieces() ^ from ^ to;
-
-  // Find all attackers to the destination square, with the moving piece removed,
-  // but possibly an X-ray attacker added behind it.
+  // Find all attackers to the destination square, with the moving piece
+  // removed, but possibly an X-ray attacker added behind it.
+  Bitboard occupied = pieces() ^ from ^ to;
   Bitboard attackers = attackers_to(to, occupied) & occupied;
 
   while (true)
   {
       stmAttackers = attackers & pieces(stm);
 
-      // Don't allow pinned pieces to attack pieces except the king as long all
-      // pinners are on their original square.
-      if (!(st->pinnersForKing[stm] & ~occupied))
+      // 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))
           stmAttackers &= ~st->blockersForKing[stm];
 
+      // If stm has no more attackers then give up: stm loses
       if (!stmAttackers)
-          return relativeStm;
+          break;
 
-      // Locate and remove the next least valuable attacker
+      // Locate and remove the next least valuable attacker, and add to
+      // the bitboard 'attackers' the possibly X-ray attackers behind it.
       nextVictim = min_attacker<PAWN>(byTypeBB, to, stmAttackers, occupied, attackers);
 
-      if (nextVictim == KING)
-          return relativeStm == bool(attackers & pieces(~stm));
+      stm = ~stm; // Switch side to move
 
-      balance += relativeStm ?  PieceValue[MG][nextVictim]
-                             : -PieceValue[MG][nextVictim];
+      // Negamax the balance with alpha = balance, beta = balance+1 and
+      // add nextVictim's value.
+      //
+      //      (balance, balance+1) -> (-balance-1, -balance)
+      //
+      assert(balance < VALUE_ZERO);
 
-      relativeStm = !relativeStm;
+      balance = -balance - 1 - PieceValue[MG][nextVictim];
 
-      if (relativeStm == (balance >= threshold))
-          return relativeStm;
-
-      stm = ~stm;
+      // If balance is still non-negative after giving away nextVictim then we
+      // win. The only thing to be careful about it is that we should revert
+      // stm if we captured with the king when the opponent still has attackers.
+      if (balance >= VALUE_ZERO)
+      {
+          if (nextVictim == KING && (attackers & pieces(stm)))
+              stm = ~stm;
+          break;
+      }
+      assert(nextVictim != KING);
   }
+  return us != stm; // We break the above loop when stm loses
 }
 
 
@@ -1098,11 +1115,10 @@ bool Position::is_draw(int ply) const {
   {
       stp = stp->previous->previous;
 
-      // At root position ply is 1, so return a draw score if a position
-      // repeats once earlier but strictly after the root, or repeats twice
-      // before or at the root.
+      // 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 - 1 > i) == 2)
+          && ++cnt + (ply > i) == 2)
           return true;
   }
 
@@ -1110,6 +1126,87 @@ 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.
 
@@ -1151,7 +1248,7 @@ 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