]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/position.cpp
Cleanup includes
[stockfish] / src / position.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2023 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 #include "position.h"
20
21 #include <algorithm>
22 #include <atomic>
23 #include <cassert>
24 #include <cctype>
25 #include <cstddef>
26 #include <cstring>
27 #include <initializer_list>
28 #include <iomanip>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31 #include <string_view>
32 #include <utility>
33
34 #include "bitboard.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "nnue/nnue_common.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39 #include "thread.h"
40 #include "tt.h"
41 #include "uci.h"
42
43 using std::string;
44
45 namespace Stockfish {
46
47 namespace Zobrist {
48
49   Key psq[PIECE_NB][SQUARE_NB];
50   Key enpassant[FILE_NB];
51   Key castling[CASTLING_RIGHT_NB];
52   Key side;
53 }
54
55 namespace {
56
57 constexpr std::string_view PieceToChar(" PNBRQK  pnbrqk");
58
59 constexpr Piece Pieces[] = { W_PAWN, W_KNIGHT, W_BISHOP, W_ROOK, W_QUEEN, W_KING,
60                              B_PAWN, B_KNIGHT, B_BISHOP, B_ROOK, B_QUEEN, B_KING };
61 } // namespace
62
63
64 /// operator<<(Position) returns an ASCII representation of the position
65
66 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Position& pos) {
67
68   os << "\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
69
70   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
71   {
72       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
73           os << " | " << PieceToChar[pos.piece_on(make_square(f, r))];
74
75       os << " | " << (1 + r) << "\n +---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
76   }
77
78   os << "   a   b   c   d   e   f   g   h\n"
79      << "\nFen: " << pos.fen() << "\nKey: " << std::hex << std::uppercase
80      << std::setfill('0') << std::setw(16) << pos.key()
81      << std::setfill(' ') << std::dec << "\nCheckers: ";
82
83   for (Bitboard b = pos.checkers(); b; )
84       os << UCI::square(pop_lsb(b)) << " ";
85
86   if (    int(Tablebases::MaxCardinality) >= popcount(pos.pieces())
87       && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
88   {
89       StateInfo st;
90       ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
91
92       Position p;
93       p.set(pos.fen(), pos.is_chess960(), &st, pos.this_thread());
94       Tablebases::ProbeState s1, s2;
95       Tablebases::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(p, &s1);
96       int dtz = Tablebases::probe_dtz(p, &s2);
97       os << "\nTablebases WDL: " << std::setw(4) << wdl << " (" << s1 << ")"
98          << "\nTablebases DTZ: " << std::setw(4) << dtz << " (" << s2 << ")";
99   }
100
101   return os;
102 }
103
104
105 // Marcel van Kervinck's cuckoo algorithm for fast detection of "upcoming repetition"
106 // situations. Description of the algorithm in the following paper:
107 // http://web.archive.org/web/20201107002606/https://marcelk.net/2013-04-06/paper/upcoming-rep-v2.pdf
108
109 // First and second hash functions for indexing the cuckoo tables
110 inline int H1(Key h) { return h & 0x1fff; }
111 inline int H2(Key h) { return (h >> 16) & 0x1fff; }
112
113 // Cuckoo tables with Zobrist hashes of valid reversible moves, and the moves themselves
114 Key cuckoo[8192];
115 Move cuckooMove[8192];
116
117
118 /// Position::init() initializes at startup the various arrays used to compute hash keys
119
120 void Position::init() {
121
122   PRNG rng(1070372);
123
124   for (Piece pc : Pieces)
125       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
126           Zobrist::psq[pc][s] = rng.rand<Key>();
127
128   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
129       Zobrist::enpassant[f] = rng.rand<Key>();
130
131   for (int cr = NO_CASTLING; cr <= ANY_CASTLING; ++cr)
132       Zobrist::castling[cr] = rng.rand<Key>();
133
134   Zobrist::side = rng.rand<Key>();
135
136   // Prepare the cuckoo tables
137   std::memset(cuckoo, 0, sizeof(cuckoo));
138   std::memset(cuckooMove, 0, sizeof(cuckooMove));
139   [[maybe_unused]] int count = 0;
140   for (Piece pc : Pieces)
141       for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
142           for (Square s2 = Square(s1 + 1); s2 <= SQ_H8; ++s2)
143               if ((type_of(pc) != PAWN) && (attacks_bb(type_of(pc), s1, 0) & s2))
144               {
145                   Move move = make_move(s1, s2);
146                   Key key = Zobrist::psq[pc][s1] ^ Zobrist::psq[pc][s2] ^ Zobrist::side;
147                   int i = H1(key);
148                   while (true)
149                   {
150                       std::swap(cuckoo[i], key);
151                       std::swap(cuckooMove[i], move);
152                       if (move == MOVE_NONE) // Arrived at empty slot?
153                           break;
154                       i = (i == H1(key)) ? H2(key) : H1(key); // Push victim to alternative slot
155                   }
156                   count++;
157              }
158   assert(count == 3668);
159 }
160
161
162 /// Position::set() initializes the position object with the given FEN string.
163 /// This function is not very robust - make sure that input FENs are correct,
164 /// this is assumed to be the responsibility of the GUI.
165
166 Position& Position::set(const string& fenStr, bool isChess960, StateInfo* si, Thread* th) {
167 /*
168    A FEN string defines a particular position using only the ASCII character set.
169
170    A FEN string contains six fields separated by a space. The fields are:
171
172    1) Piece placement (from white's perspective). Each rank is described, starting
173       with rank 8 and ending with rank 1. Within each rank, the contents of each
174       square are described from file A through file H. Following the Standard
175       Algebraic Notation (SAN), each piece is identified by a single letter taken
176       from the standard English names. White pieces are designated using upper-case
177       letters ("PNBRQK") whilst Black uses lowercase ("pnbrqk"). Blank squares are
178       noted using digits 1 through 8 (the number of blank squares), and "/"
179       separates ranks.
180
181    2) Active color. "w" means white moves next, "b" means black.
182
183    3) Castling availability. If neither side can castle, this is "-". Otherwise,
184       this has one or more letters: "K" (White can castle kingside), "Q" (White
185       can castle queenside), "k" (Black can castle kingside), and/or "q" (Black
186       can castle queenside).
187
188    4) En passant target square (in algebraic notation). If there's no en passant
189       target square, this is "-". If a pawn has just made a 2-square move, this
190       is the position "behind" the pawn. Following X-FEN standard, this is recorded only
191       if there is a pawn in position to make an en passant capture, and if there really
192       is a pawn that might have advanced two squares.
193
194    5) Halfmove clock. This is the number of halfmoves since the last pawn advance
195       or capture. This is used to determine if a draw can be claimed under the
196       fifty-move rule.
197
198    6) Fullmove number. The number of the full move. It starts at 1, and is
199       incremented after Black's move.
200 */
201
202   unsigned char col, row, token;
203   size_t idx;
204   Square sq = SQ_A8;
205   std::istringstream ss(fenStr);
206
207   std::memset(this, 0, sizeof(Position));
208   std::memset(si, 0, sizeof(StateInfo));
209   st = si;
210
211   ss >> std::noskipws;
212
213   // 1. Piece placement
214   while ((ss >> token) && !isspace(token))
215   {
216       if (isdigit(token))
217           sq += (token - '0') * EAST; // Advance the given number of files
218
219       else if (token == '/')
220           sq += 2 * SOUTH;
221
222       else if ((idx = PieceToChar.find(token)) != string::npos) {
223           put_piece(Piece(idx), sq);
224           ++sq;
225       }
226   }
227
228   // 2. Active color
229   ss >> token;
230   sideToMove = (token == 'w' ? WHITE : BLACK);
231   ss >> token;
232
233   // 3. Castling availability. Compatible with 3 standards: Normal FEN standard,
234   // Shredder-FEN that uses the letters of the columns on which the rooks began
235   // the game instead of KQkq and also X-FEN standard that, in case of Chess960,
236   // if an inner rook is associated with the castling right, the castling tag is
237   // replaced by the file letter of the involved rook, as for the Shredder-FEN.
238   while ((ss >> token) && !isspace(token))
239   {
240       Square rsq;
241       Color c = islower(token) ? BLACK : WHITE;
242       Piece rook = make_piece(c, ROOK);
243
244       token = char(toupper(token));
245
246       if (token == 'K')
247           for (rsq = relative_square(c, SQ_H1); piece_on(rsq) != rook; --rsq) {}
248
249       else if (token == 'Q')
250           for (rsq = relative_square(c, SQ_A1); piece_on(rsq) != rook; ++rsq) {}
251
252       else if (token >= 'A' && token <= 'H')
253           rsq = make_square(File(token - 'A'), relative_rank(c, RANK_1));
254
255       else
256           continue;
257
258       set_castling_right(c, rsq);
259   }
260
261   // 4. En passant square.
262   // Ignore if square is invalid or not on side to move relative rank 6.
263   bool enpassant = false;
264
265   if (   ((ss >> col) && (col >= 'a' && col <= 'h'))
266       && ((ss >> row) && (row == (sideToMove == WHITE ? '6' : '3'))))
267   {
268       st->epSquare = make_square(File(col - 'a'), Rank(row - '1'));
269
270       // En passant square will be considered only if
271       // a) side to move have a pawn threatening epSquare
272       // b) there is an enemy pawn in front of epSquare
273       // c) there is no piece on epSquare or behind epSquare
274       enpassant = pawn_attacks_bb(~sideToMove, st->epSquare) & pieces(sideToMove, PAWN)
275                && (pieces(~sideToMove, PAWN) & (st->epSquare + pawn_push(~sideToMove)))
276                && !(pieces() & (st->epSquare | (st->epSquare + pawn_push(sideToMove))));
277   }
278
279   if (!enpassant)
280       st->epSquare = SQ_NONE;
281
282   // 5-6. Halfmove clock and fullmove number
283   ss >> std::skipws >> st->rule50 >> gamePly;
284
285   // Convert from fullmove starting from 1 to gamePly starting from 0,
286   // handle also common incorrect FEN with fullmove = 0.
287   gamePly = std::max(2 * (gamePly - 1), 0) + (sideToMove == BLACK);
288
289   chess960 = isChess960;
290   thisThread = th;
291   set_state();
292
293   assert(pos_is_ok());
294
295   return *this;
296 }
297
298
299 /// Position::set_castling_right() is a helper function used to set castling
300 /// rights given the corresponding color and the rook starting square.
301
302 void Position::set_castling_right(Color c, Square rfrom) {
303
304   Square kfrom = square<KING>(c);
305   CastlingRights cr = c & (kfrom < rfrom ? KING_SIDE: QUEEN_SIDE);
306
307   st->castlingRights |= cr;
308   castlingRightsMask[kfrom] |= cr;
309   castlingRightsMask[rfrom] |= cr;
310   castlingRookSquare[cr] = rfrom;
311
312   Square kto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_G1 : SQ_C1);
313   Square rto = relative_square(c, cr & KING_SIDE ? SQ_F1 : SQ_D1);
314
315   castlingPath[cr] =   (between_bb(rfrom, rto) | between_bb(kfrom, kto))
316                     & ~(kfrom | rfrom);
317 }
318
319
320 /// Position::set_check_info() sets king attacks to detect if a move gives check
321
322 void Position::set_check_info() const {
323
324   st->blockersForKing[WHITE] = slider_blockers(pieces(BLACK), square<KING>(WHITE), st->pinners[BLACK]);
325   st->blockersForKing[BLACK] = slider_blockers(pieces(WHITE), square<KING>(BLACK), st->pinners[WHITE]);
326
327   Square ksq = square<KING>(~sideToMove);
328
329   st->checkSquares[PAWN]   = pawn_attacks_bb(~sideToMove, ksq);
330   st->checkSquares[KNIGHT] = attacks_bb<KNIGHT>(ksq);
331   st->checkSquares[BISHOP] = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pieces());
332   st->checkSquares[ROOK]   = attacks_bb<ROOK>(ksq, pieces());
333   st->checkSquares[QUEEN]  = st->checkSquares[BISHOP] | st->checkSquares[ROOK];
334   st->checkSquares[KING]   = 0;
335 }
336
337
338 /// Position::set_state() computes the hash keys of the position, and other
339 /// data that once computed is updated incrementally as moves are made.
340 /// The function is only used when a new position is set up
341
342 void Position::set_state() const {
343
344   st->key = st->materialKey = 0;
345   st->nonPawnMaterial[WHITE] = st->nonPawnMaterial[BLACK] = VALUE_ZERO;
346   st->checkersBB = attackers_to(square<KING>(sideToMove)) & pieces(~sideToMove);
347
348   set_check_info();
349
350   for (Bitboard b = pieces(); b; )
351   {
352       Square s = pop_lsb(b);
353       Piece pc = piece_on(s);
354       st->key ^= Zobrist::psq[pc][s];
355
356       if (type_of(pc) != KING && type_of(pc) != PAWN)
357           st->nonPawnMaterial[color_of(pc)] += PieceValue[pc];
358   }
359
360   if (st->epSquare != SQ_NONE)
361       st->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
362
363   if (sideToMove == BLACK)
364       st->key ^= Zobrist::side;
365
366   st->key ^= Zobrist::castling[st->castlingRights];
367
368   for (Piece pc : Pieces)
369       for (int cnt = 0; cnt < pieceCount[pc]; ++cnt)
370           st->materialKey ^= Zobrist::psq[pc][cnt];
371 }
372
373
374 /// Position::set() is an overload to initialize the position object with
375 /// the given endgame code string like "KBPKN". It is mainly a helper to
376 /// get the material key out of an endgame code.
377
378 Position& Position::set(const string& code, Color c, StateInfo* si) {
379
380   assert(code[0] == 'K');
381
382   string sides[] = { code.substr(code.find('K', 1)),      // Weak
383                      code.substr(0, std::min(code.find('v'), code.find('K', 1))) }; // Strong
384
385   assert(sides[0].length() > 0 && sides[0].length() < 8);
386   assert(sides[1].length() > 0 && sides[1].length() < 8);
387
388   std::transform(sides[c].begin(), sides[c].end(), sides[c].begin(), tolower);
389
390   string fenStr = "8/" + sides[0] + char(8 - sides[0].length() + '0') + "/8/8/8/8/"
391                        + sides[1] + char(8 - sides[1].length() + '0') + "/8 w - - 0 10";
392
393   return set(fenStr, false, si, nullptr);
394 }
395
396
397 /// Position::fen() returns a FEN representation of the position. In case of
398 /// Chess960 the Shredder-FEN notation is used. This is mainly a debugging function.
399
400 string Position::fen() const {
401
402   int emptyCnt;
403   std::ostringstream ss;
404
405   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
406   {
407       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
408       {
409           for (emptyCnt = 0; f <= FILE_H && empty(make_square(f, r)); ++f)
410               ++emptyCnt;
411
412           if (emptyCnt)
413               ss << emptyCnt;
414
415           if (f <= FILE_H)
416               ss << PieceToChar[piece_on(make_square(f, r))];
417       }
418
419       if (r > RANK_1)
420           ss << '/';
421   }
422
423   ss << (sideToMove == WHITE ? " w " : " b ");
424
425   if (can_castle(WHITE_OO))
426       ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OO ))) : 'K');
427
428   if (can_castle(WHITE_OOO))
429       ss << (chess960 ? char('A' + file_of(castling_rook_square(WHITE_OOO))) : 'Q');
430
431   if (can_castle(BLACK_OO))
432       ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OO ))) : 'k');
433
434   if (can_castle(BLACK_OOO))
435       ss << (chess960 ? char('a' + file_of(castling_rook_square(BLACK_OOO))) : 'q');
436
437   if (!can_castle(ANY_CASTLING))
438       ss << '-';
439
440   ss << (ep_square() == SQ_NONE ? " - " : " " + UCI::square(ep_square()) + " ")
441      << st->rule50 << " " << 1 + (gamePly - (sideToMove == BLACK)) / 2;
442
443   return ss.str();
444 }
445
446
447 /// Position::slider_blockers() returns a bitboard of all the pieces (both colors)
448 /// that are blocking attacks on the square 's' from 'sliders'. A piece blocks a
449 /// slider if removing that piece from the board would result in a position where
450 /// square 's' is attacked. For example, a king-attack blocking piece can be either
451 /// a pinned or a discovered check piece, according if its color is the opposite
452 /// or the same of the color of the slider.
453
454 Bitboard Position::slider_blockers(Bitboard sliders, Square s, Bitboard& pinners) const {
455
456   Bitboard blockers = 0;
457   pinners = 0;
458
459   // Snipers are sliders that attack 's' when a piece and other snipers are removed
460   Bitboard snipers = (  (attacks_bb<  ROOK>(s) & pieces(QUEEN, ROOK))
461                       | (attacks_bb<BISHOP>(s) & pieces(QUEEN, BISHOP))) & sliders;
462   Bitboard occupancy = pieces() ^ snipers;
463
464   while (snipers)
465   {
466     Square sniperSq = pop_lsb(snipers);
467     Bitboard b = between_bb(s, sniperSq) & occupancy;
468
469     if (b && !more_than_one(b))
470     {
471         blockers |= b;
472         if (b & pieces(color_of(piece_on(s))))
473             pinners |= sniperSq;
474     }
475   }
476   return blockers;
477 }
478
479
480 /// Position::attackers_to() computes a bitboard of all pieces which attack a
481 /// given square. Slider attacks use the occupied bitboard to indicate occupancy.
482
483 Bitboard Position::attackers_to(Square s, Bitboard occupied) const {
484
485   return  (pawn_attacks_bb(BLACK, s)       & pieces(WHITE, PAWN))
486         | (pawn_attacks_bb(WHITE, s)       & pieces(BLACK, PAWN))
487         | (attacks_bb<KNIGHT>(s)           & pieces(KNIGHT))
488         | (attacks_bb<  ROOK>(s, occupied) & pieces(  ROOK, QUEEN))
489         | (attacks_bb<BISHOP>(s, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN))
490         | (attacks_bb<KING>(s)             & pieces(KING));
491 }
492
493
494 /// Position::legal() tests whether a pseudo-legal move is legal
495
496 bool Position::legal(Move m) const {
497
498   assert(is_ok(m));
499
500   Color us = sideToMove;
501   Square from = from_sq(m);
502   Square to = to_sq(m);
503
504   assert(color_of(moved_piece(m)) == us);
505   assert(piece_on(square<KING>(us)) == make_piece(us, KING));
506
507   // En passant captures are a tricky special case. Because they are rather
508   // uncommon, we do it simply by testing whether the king is attacked after
509   // the move is made.
510   if (type_of(m) == EN_PASSANT)
511   {
512       Square ksq = square<KING>(us);
513       Square capsq = to - pawn_push(us);
514       Bitboard occupied = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
515
516       assert(to == ep_square());
517       assert(moved_piece(m) == make_piece(us, PAWN));
518       assert(piece_on(capsq) == make_piece(~us, PAWN));
519       assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
520
521       return   !(attacks_bb<  ROOK>(ksq, occupied) & pieces(~us, QUEEN, ROOK))
522             && !(attacks_bb<BISHOP>(ksq, occupied) & pieces(~us, QUEEN, BISHOP));
523   }
524
525   // Castling moves generation does not check if the castling path is clear of
526   // enemy attacks, it is delayed at a later time: now!
527   if (type_of(m) == CASTLING)
528   {
529       // After castling, the rook and king final positions are the same in
530       // Chess960 as they would be in standard chess.
531       to = relative_square(us, to > from ? SQ_G1 : SQ_C1);
532       Direction step = to > from ? WEST : EAST;
533
534       for (Square s = to; s != from; s += step)
535           if (attackers_to(s) & pieces(~us))
536               return false;
537
538       // In case of Chess960, verify if the Rook blocks some checks
539       // For instance an enemy queen in SQ_A1 when castling rook is in SQ_B1.
540       return !chess960 || !(blockers_for_king(us) & to_sq(m));
541   }
542
543   // If the moving piece is a king, check whether the destination square is
544   // attacked by the opponent.
545   if (type_of(piece_on(from)) == KING)
546       return !(attackers_to(to, pieces() ^ from) & pieces(~us));
547
548   // A non-king move is legal if and only if it is not pinned or it
549   // is moving along the ray towards or away from the king.
550   return !(blockers_for_king(us) & from)
551       || aligned(from, to, square<KING>(us));
552 }
553
554
555 /// Position::pseudo_legal() takes a random move and tests whether the move is
556 /// pseudo legal. It is used to validate moves from TT that can be corrupted
557 /// due to SMP concurrent access or hash position key aliasing.
558
559 bool Position::pseudo_legal(const Move m) const {
560
561   Color us = sideToMove;
562   Square from = from_sq(m);
563   Square to = to_sq(m);
564   Piece pc = moved_piece(m);
565
566   // Use a slower but simpler function for uncommon cases
567   // yet we skip the legality check of MoveList<LEGAL>().
568   if (type_of(m) != NORMAL)
569       return checkers() ? MoveList<    EVASIONS>(*this).contains(m)
570                         : MoveList<NON_EVASIONS>(*this).contains(m);
571
572   // Is not a promotion, so promotion piece must be empty
573   assert(promotion_type(m) - KNIGHT == NO_PIECE_TYPE);
574
575   // If the 'from' square is not occupied by a piece belonging to the side to
576   // move, the move is obviously not legal.
577   if (pc == NO_PIECE || color_of(pc) != us)
578       return false;
579
580   // The destination square cannot be occupied by a friendly piece
581   if (pieces(us) & to)
582       return false;
583
584   // Handle the special case of a pawn move
585   if (type_of(pc) == PAWN)
586   {
587       // We have already handled promotion moves, so destination
588       // cannot be on the 8th/1st rank.
589       if ((Rank8BB | Rank1BB) & to)
590           return false;
591
592       if (   !(pawn_attacks_bb(us, from) & pieces(~us) & to) // Not a capture
593           && !((from + pawn_push(us) == to) && empty(to))       // Not a single push
594           && !(   (from + 2 * pawn_push(us) == to)              // Not a double push
595                && (relative_rank(us, from) == RANK_2)
596                && empty(to)
597                && empty(to - pawn_push(us))))
598           return false;
599   }
600   else if (!(attacks_bb(type_of(pc), from, pieces()) & to))
601       return false;
602
603   // Evasions generator already takes care to avoid some kind of illegal moves
604   // and legal() relies on this. We therefore have to take care that the same
605   // kind of moves are filtered out here.
606   if (checkers())
607   {
608       if (type_of(pc) != KING)
609       {
610           // Double check? In this case a king move is required
611           if (more_than_one(checkers()))
612               return false;
613
614           // Our move must be a blocking interposition or a capture of the checking piece
615           if (!(between_bb(square<KING>(us), lsb(checkers())) & to))
616               return false;
617       }
618       // In case of king moves under check we have to remove king so as to catch
619       // invalid moves like b1a1 when opposite queen is on c1.
620       else if (attackers_to(to, pieces() ^ from) & pieces(~us))
621           return false;
622   }
623
624   return true;
625 }
626
627
628 /// Position::gives_check() tests whether a pseudo-legal move gives a check
629
630 bool Position::gives_check(Move m) const {
631
632   assert(is_ok(m));
633   assert(color_of(moved_piece(m)) == sideToMove);
634
635   Square from = from_sq(m);
636   Square to = to_sq(m);
637
638   // Is there a direct check?
639   if (check_squares(type_of(piece_on(from))) & to)
640       return true;
641
642   // Is there a discovered check?
643   if (blockers_for_king(~sideToMove) & from)
644       return   !aligned(from, to, square<KING>(~sideToMove))
645             || type_of(m) == CASTLING;
646
647   switch (type_of(m))
648   {
649   case NORMAL:
650       return false;
651
652   case PROMOTION:
653       return attacks_bb(promotion_type(m), to, pieces() ^ from) & square<KING>(~sideToMove);
654
655   // En passant capture with check? We have already handled the case
656   // of direct checks and ordinary discovered check, so the only case we
657   // need to handle is the unusual case of a discovered check through
658   // the captured pawn.
659   case EN_PASSANT:
660   {
661       Square capsq = make_square(file_of(to), rank_of(from));
662       Bitboard b = (pieces() ^ from ^ capsq) | to;
663
664       return  (attacks_bb<  ROOK>(square<KING>(~sideToMove), b) & pieces(sideToMove, QUEEN, ROOK))
665             | (attacks_bb<BISHOP>(square<KING>(~sideToMove), b) & pieces(sideToMove, QUEEN, BISHOP));
666   }
667   default: //CASTLING
668   {
669       // Castling is encoded as 'king captures the rook'
670       Square rto = relative_square(sideToMove, to > from ? SQ_F1 : SQ_D1);
671
672       return check_squares(ROOK) & rto;
673   }
674   }
675 }
676
677
678 /// Position::do_move() makes a move, and saves all information necessary
679 /// to a StateInfo object. The move is assumed to be legal. Pseudo-legal
680 /// moves should be filtered out before this function is called.
681
682 void Position::do_move(Move m, StateInfo& newSt, bool givesCheck) {
683
684   assert(is_ok(m));
685   assert(&newSt != st);
686
687   thisThread->nodes.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
688   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
689
690   // Copy some fields of the old state to our new StateInfo object except the
691   // ones which are going to be recalculated from scratch anyway and then switch
692   // our state pointer to point to the new (ready to be updated) state.
693   std::memcpy(&newSt, st, offsetof(StateInfo, key));
694   newSt.previous = st;
695   st = &newSt;
696
697   // Increment ply counters. In particular, rule50 will be reset to zero later on
698   // in case of a capture or a pawn move.
699   ++gamePly;
700   ++st->rule50;
701   ++st->pliesFromNull;
702
703   // Used by NNUE
704   st->accumulator.computed[WHITE] = false;
705   st->accumulator.computed[BLACK] = false;
706   auto& dp = st->dirtyPiece;
707   dp.dirty_num = 1;
708
709   Color us = sideToMove;
710   Color them = ~us;
711   Square from = from_sq(m);
712   Square to = to_sq(m);
713   Piece pc = piece_on(from);
714   Piece captured = type_of(m) == EN_PASSANT ? make_piece(them, PAWN) : piece_on(to);
715
716   assert(color_of(pc) == us);
717   assert(captured == NO_PIECE || color_of(captured) == (type_of(m) != CASTLING ? them : us));
718   assert(type_of(captured) != KING);
719
720   if (type_of(m) == CASTLING)
721   {
722       assert(pc == make_piece(us, KING));
723       assert(captured == make_piece(us, ROOK));
724
725       Square rfrom, rto;
726       do_castling<true>(us, from, to, rfrom, rto);
727
728       k ^= Zobrist::psq[captured][rfrom] ^ Zobrist::psq[captured][rto];
729       captured = NO_PIECE;
730   }
731
732   if (captured)
733   {
734       Square capsq = to;
735
736       // If the captured piece is a pawn, update pawn hash key, otherwise
737       // update non-pawn material.
738       if (type_of(captured) == PAWN)
739       {
740           if (type_of(m) == EN_PASSANT)
741           {
742               capsq -= pawn_push(us);
743
744               assert(pc == make_piece(us, PAWN));
745               assert(to == st->epSquare);
746               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
747               assert(piece_on(to) == NO_PIECE);
748               assert(piece_on(capsq) == make_piece(them, PAWN));
749           }
750       }
751       else
752           st->nonPawnMaterial[them] -= PieceValue[captured];
753
754       dp.dirty_num = 2;  // 1 piece moved, 1 piece captured
755       dp.piece[1] = captured;
756       dp.from[1] = capsq;
757       dp.to[1] = SQ_NONE;
758
759       // Update board and piece lists
760       remove_piece(capsq);
761
762       // Update material hash key and prefetch access to materialTable
763       k ^= Zobrist::psq[captured][capsq];
764       st->materialKey ^= Zobrist::psq[captured][pieceCount[captured]];
765
766       // Reset rule 50 counter
767       st->rule50 = 0;
768   }
769
770   // Update hash key
771   k ^= Zobrist::psq[pc][from] ^ Zobrist::psq[pc][to];
772
773   // Reset en passant square
774   if (st->epSquare != SQ_NONE)
775   {
776       k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
777       st->epSquare = SQ_NONE;
778   }
779
780   // Update castling rights if needed
781   if (st->castlingRights && (castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to]))
782   {
783       k ^= Zobrist::castling[st->castlingRights];
784       st->castlingRights &= ~(castlingRightsMask[from] | castlingRightsMask[to]);
785       k ^= Zobrist::castling[st->castlingRights];
786   }
787
788   // Move the piece. The tricky Chess960 castling is handled earlier
789   if (type_of(m) != CASTLING)
790   {
791       dp.piece[0] = pc;
792       dp.from[0] = from;
793       dp.to[0] = to;
794
795       move_piece(from, to);
796   }
797
798   // If the moving piece is a pawn do some special extra work
799   if (type_of(pc) == PAWN)
800   {
801       // Set en passant square if the moved pawn can be captured
802       if (   (int(to) ^ int(from)) == 16
803           && (pawn_attacks_bb(us, to - pawn_push(us)) & pieces(them, PAWN)))
804       {
805           st->epSquare = to - pawn_push(us);
806           k ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
807       }
808
809       else if (type_of(m) == PROMOTION)
810       {
811           Piece promotion = make_piece(us, promotion_type(m));
812
813           assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
814           assert(type_of(promotion) >= KNIGHT && type_of(promotion) <= QUEEN);
815
816           remove_piece(to);
817           put_piece(promotion, to);
818
819           // Promoting pawn to SQ_NONE, promoted piece from SQ_NONE
820           dp.to[0] = SQ_NONE;
821           dp.piece[dp.dirty_num] = promotion;
822           dp.from[dp.dirty_num] = SQ_NONE;
823           dp.to[dp.dirty_num] = to;
824           dp.dirty_num++;
825
826           // Update hash keys
827           k ^= Zobrist::psq[pc][to] ^ Zobrist::psq[promotion][to];
828           st->materialKey ^=  Zobrist::psq[promotion][pieceCount[promotion]-1]
829                             ^ Zobrist::psq[pc][pieceCount[pc]];
830
831           // Update material
832           st->nonPawnMaterial[us] += PieceValue[promotion];
833       }
834
835       // Reset rule 50 draw counter
836       st->rule50 = 0;
837   }
838
839   // Set capture piece
840   st->capturedPiece = captured;
841
842   // Update the key with the final value
843   st->key = k;
844
845   // Calculate checkers bitboard (if move gives check)
846   st->checkersBB = givesCheck ? attackers_to(square<KING>(them)) & pieces(us) : 0;
847
848   sideToMove = ~sideToMove;
849
850   // Update king attacks used for fast check detection
851   set_check_info();
852
853   // Calculate the repetition info. It is the ply distance from the previous
854   // occurrence of the same position, negative in the 3-fold case, or zero
855   // if the position was not repeated.
856   st->repetition = 0;
857   int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
858   if (end >= 4)
859   {
860       StateInfo* stp = st->previous->previous;
861       for (int i = 4; i <= end; i += 2)
862       {
863           stp = stp->previous->previous;
864           if (stp->key == st->key)
865           {
866               st->repetition = stp->repetition ? -i : i;
867               break;
868           }
869       }
870   }
871
872   assert(pos_is_ok());
873 }
874
875
876 /// Position::undo_move() unmakes a move. When it returns, the position should
877 /// be restored to exactly the same state as before the move was made.
878
879 void Position::undo_move(Move m) {
880
881   assert(is_ok(m));
882
883   sideToMove = ~sideToMove;
884
885   Color us = sideToMove;
886   Square from = from_sq(m);
887   Square to = to_sq(m);
888   Piece pc = piece_on(to);
889
890   assert(empty(from) || type_of(m) == CASTLING);
891   assert(type_of(st->capturedPiece) != KING);
892
893   if (type_of(m) == PROMOTION)
894   {
895       assert(relative_rank(us, to) == RANK_8);
896       assert(type_of(pc) == promotion_type(m));
897       assert(type_of(pc) >= KNIGHT && type_of(pc) <= QUEEN);
898
899       remove_piece(to);
900       pc = make_piece(us, PAWN);
901       put_piece(pc, to);
902   }
903
904   if (type_of(m) == CASTLING)
905   {
906       Square rfrom, rto;
907       do_castling<false>(us, from, to, rfrom, rto);
908   }
909   else
910   {
911       move_piece(to, from); // Put the piece back at the source square
912
913       if (st->capturedPiece)
914       {
915           Square capsq = to;
916
917           if (type_of(m) == EN_PASSANT)
918           {
919               capsq -= pawn_push(us);
920
921               assert(type_of(pc) == PAWN);
922               assert(to == st->previous->epSquare);
923               assert(relative_rank(us, to) == RANK_6);
924               assert(piece_on(capsq) == NO_PIECE);
925               assert(st->capturedPiece == make_piece(~us, PAWN));
926           }
927
928           put_piece(st->capturedPiece, capsq); // Restore the captured piece
929       }
930   }
931
932   // Finally point our state pointer back to the previous state
933   st = st->previous;
934   --gamePly;
935
936   assert(pos_is_ok());
937 }
938
939
940 /// Position::do_castling() is a helper used to do/undo a castling move. This
941 /// is a bit tricky in Chess960 where from/to squares can overlap.
942 template<bool Do>
943 void Position::do_castling(Color us, Square from, Square& to, Square& rfrom, Square& rto) {
944
945   bool kingSide = to > from;
946   rfrom = to; // Castling is encoded as "king captures friendly rook"
947   rto = relative_square(us, kingSide ? SQ_F1 : SQ_D1);
948   to = relative_square(us, kingSide ? SQ_G1 : SQ_C1);
949
950   if (Do)
951   {
952       auto& dp = st->dirtyPiece;
953       dp.piece[0] = make_piece(us, KING);
954       dp.from[0] = from;
955       dp.to[0] = to;
956       dp.piece[1] = make_piece(us, ROOK);
957       dp.from[1] = rfrom;
958       dp.to[1] = rto;
959       dp.dirty_num = 2;
960   }
961
962   // Remove both pieces first since squares could overlap in Chess960
963   remove_piece(Do ? from : to);
964   remove_piece(Do ? rfrom : rto);
965   board[Do ? from : to] = board[Do ? rfrom : rto] = NO_PIECE; // Since remove_piece doesn't do this for us
966   put_piece(make_piece(us, KING), Do ? to : from);
967   put_piece(make_piece(us, ROOK), Do ? rto : rfrom);
968 }
969
970
971 /// Position::do_null_move() is used to do a "null move": it flips
972 /// the side to move without executing any move on the board.
973
974 void Position::do_null_move(StateInfo& newSt) {
975
976   assert(!checkers());
977   assert(&newSt != st);
978
979   std::memcpy(&newSt, st, offsetof(StateInfo, accumulator));
980
981   newSt.previous = st;
982   st = &newSt;
983
984   st->dirtyPiece.dirty_num = 0;
985   st->dirtyPiece.piece[0] = NO_PIECE; // Avoid checks in UpdateAccumulator()
986   st->accumulator.computed[WHITE] = false;
987   st->accumulator.computed[BLACK] = false;
988
989   if (st->epSquare != SQ_NONE)
990   {
991       st->key ^= Zobrist::enpassant[file_of(st->epSquare)];
992       st->epSquare = SQ_NONE;
993   }
994
995   st->key ^= Zobrist::side;
996   ++st->rule50;
997   prefetch(TT.first_entry(key()));
998
999   st->pliesFromNull = 0;
1000
1001   sideToMove = ~sideToMove;
1002
1003   set_check_info();
1004
1005   st->repetition = 0;
1006
1007   assert(pos_is_ok());
1008 }
1009
1010
1011 /// Position::undo_null_move() must be used to undo a "null move"
1012
1013 void Position::undo_null_move() {
1014
1015   assert(!checkers());
1016
1017   st = st->previous;
1018   sideToMove = ~sideToMove;
1019 }
1020
1021
1022 /// Position::key_after() computes the new hash key after the given move. Needed
1023 /// for speculative prefetch. It doesn't recognize special moves like castling,
1024 /// en passant and promotions.
1025
1026 Key Position::key_after(Move m) const {
1027
1028   Square from = from_sq(m);
1029   Square to = to_sq(m);
1030   Piece pc = piece_on(from);
1031   Piece captured = piece_on(to);
1032   Key k = st->key ^ Zobrist::side;
1033
1034   if (captured)
1035       k ^= Zobrist::psq[captured][to];
1036
1037   k ^= Zobrist::psq[pc][to] ^ Zobrist::psq[pc][from];
1038
1039   return (captured || type_of(pc) == PAWN)
1040       ? k : adjust_key50<true>(k);
1041 }
1042
1043
1044 /// Position::see_ge (Static Exchange Evaluation Greater or Equal) tests if the
1045 /// SEE value of move is greater or equal to the given threshold. We'll use an
1046 /// algorithm similar to alpha-beta pruning with a null window.
1047
1048 bool Position::see_ge(Move m, Bitboard& occupied, Value threshold) const {
1049
1050   assert(is_ok(m));
1051
1052   // Only deal with normal moves, assume others pass a simple SEE
1053   if (type_of(m) != NORMAL)
1054       return VALUE_ZERO >= threshold;
1055
1056   Square from = from_sq(m), to = to_sq(m);
1057
1058   int swap = PieceValue[piece_on(to)] - threshold;
1059   if (swap < 0)
1060       return false;
1061
1062   swap = PieceValue[piece_on(from)] - swap;
1063   if (swap <= 0)
1064       return true;
1065
1066   assert(color_of(piece_on(from)) == sideToMove);
1067   occupied = pieces() ^ from ^ to; // xoring to is important for pinned piece logic
1068   Color stm = sideToMove;
1069   Bitboard attackers = attackers_to(to, occupied);
1070   Bitboard stmAttackers, bb;
1071   int res = 1;
1072
1073   while (true)
1074   {
1075       stm = ~stm;
1076       attackers &= occupied;
1077
1078       // If stm has no more attackers then give up: stm loses
1079       if (!(stmAttackers = attackers & pieces(stm)))
1080           break;
1081
1082       // Don't allow pinned pieces to attack as long as there are
1083       // pinners on their original square.
1084       if (pinners(~stm) & occupied)
1085       {
1086           stmAttackers &= ~blockers_for_king(stm);
1087
1088           if (!stmAttackers)
1089               break;
1090       }
1091
1092       res ^= 1;
1093
1094       // Locate and remove the next least valuable attacker, and add to
1095       // the bitboard 'attackers' any X-ray attackers behind it.
1096       if ((bb = stmAttackers & pieces(PAWN)))
1097       {
1098           occupied ^= least_significant_square_bb(bb);
1099           if ((swap = PawnValue - swap) < res)
1100               break;
1101
1102           attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN);
1103       }
1104
1105       else if ((bb = stmAttackers & pieces(KNIGHT)))
1106       {
1107           occupied ^= least_significant_square_bb(bb);
1108           if ((swap = KnightValue - swap) < res)
1109               break;
1110       }
1111
1112       else if ((bb = stmAttackers & pieces(BISHOP)))
1113       {
1114           occupied ^= least_significant_square_bb(bb);
1115           if ((swap = BishopValue - swap) < res)
1116               break;
1117
1118           attackers |= attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN);
1119       }
1120
1121       else if ((bb = stmAttackers & pieces(ROOK)))
1122       {
1123           occupied ^= least_significant_square_bb(bb);
1124           if ((swap = RookValue - swap) < res)
1125               break;
1126
1127           attackers |= attacks_bb<ROOK>(to, occupied) & pieces(ROOK, QUEEN);
1128       }
1129
1130       else if ((bb = stmAttackers & pieces(QUEEN)))
1131       {
1132           occupied ^= least_significant_square_bb(bb);
1133           if ((swap = QueenValue - swap) < res)
1134               break;
1135
1136           attackers |=  (attacks_bb<BISHOP>(to, occupied) & pieces(BISHOP, QUEEN))
1137                       | (attacks_bb<ROOK  >(to, occupied) & pieces(ROOK  , QUEEN));
1138       }
1139
1140       else // KING
1141            // If we "capture" with the king but opponent still has attackers,
1142            // reverse the result.
1143           return (attackers & ~pieces(stm)) ? res ^ 1 : res;
1144   }
1145
1146   return bool(res);
1147 }
1148
1149 bool Position::see_ge(Move m, Value threshold) const {
1150     Bitboard occupied;
1151     return see_ge(m, occupied, threshold);
1152 }
1153
1154
1155 /// Position::is_draw() tests whether the position is drawn by 50-move rule
1156 /// or by repetition. It does not detect stalemates.
1157
1158 bool Position::is_draw(int ply) const {
1159
1160   if (st->rule50 > 99 && (!checkers() || MoveList<LEGAL>(*this).size()))
1161       return true;
1162
1163   // Return a draw score if a position repeats once earlier but strictly
1164   // after the root, or repeats twice before or at the root.
1165   return st->repetition && st->repetition < ply;
1166 }
1167
1168
1169 // Position::has_repeated() tests whether there has been at least one repetition
1170 // of positions since the last capture or pawn move.
1171
1172 bool Position::has_repeated() const {
1173
1174     StateInfo* stc = st;
1175     int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1176     while (end-- >= 4)
1177     {
1178         if (stc->repetition)
1179             return true;
1180
1181         stc = stc->previous;
1182     }
1183     return false;
1184 }
1185
1186
1187 /// Position::has_game_cycle() tests if the position has a move which draws by repetition,
1188 /// or an earlier position has a move that directly reaches the current position.
1189
1190 bool Position::has_game_cycle(int ply) const {
1191
1192   int j;
1193
1194   int end = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1195
1196   if (end < 3)
1197     return false;
1198
1199   Key originalKey = st->key;
1200   StateInfo* stp = st->previous;
1201
1202   for (int i = 3; i <= end; i += 2)
1203   {
1204       stp = stp->previous->previous;
1205
1206       Key moveKey = originalKey ^ stp->key;
1207       if (   (j = H1(moveKey), cuckoo[j] == moveKey)
1208           || (j = H2(moveKey), cuckoo[j] == moveKey))
1209       {
1210           Move move = cuckooMove[j];
1211           Square s1 = from_sq(move);
1212           Square s2 = to_sq(move);
1213
1214           if (!((between_bb(s1, s2) ^ s2) & pieces()))
1215           {
1216               if (ply > i)
1217                   return true;
1218
1219               // For nodes before or at the root, check that the move is a
1220               // repetition rather than a move to the current position.
1221               // In the cuckoo table, both moves Rc1c5 and Rc5c1 are stored in
1222               // the same location, so we have to select which square to check.
1223               if (color_of(piece_on(empty(s1) ? s2 : s1)) != side_to_move())
1224                   continue;
1225
1226               // For repetitions before or at the root, require one more
1227               if (stp->repetition)
1228                   return true;
1229           }
1230       }
1231   }
1232   return false;
1233 }
1234
1235
1236 /// Position::flip() flips position with the white and black sides reversed. This
1237 /// is only useful for debugging e.g. for finding evaluation symmetry bugs.
1238
1239 void Position::flip() {
1240
1241   string f, token;
1242   std::stringstream ss(fen());
1243
1244   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r) // Piece placement
1245   {
1246       std::getline(ss, token, r > RANK_1 ? '/' : ' ');
1247       f.insert(0, token + (f.empty() ? " " : "/"));
1248   }
1249
1250   ss >> token; // Active color
1251   f += (token == "w" ? "B " : "W "); // Will be lowercased later
1252
1253   ss >> token; // Castling availability
1254   f += token + " ";
1255
1256   std::transform(f.begin(), f.end(), f.begin(),
1257                  [](char c) { return char(islower(c) ? toupper(c) : tolower(c)); });
1258
1259   ss >> token; // En passant square
1260   f += (token == "-" ? token : token.replace(1, 1, token[1] == '3' ? "6" : "3"));
1261
1262   std::getline(ss, token); // Half and full moves
1263   f += token;
1264
1265   set(f, is_chess960(), st, this_thread());
1266
1267   assert(pos_is_ok());
1268 }
1269
1270
1271 /// Position::pos_is_ok() performs some consistency checks for the
1272 /// position object and raises an asserts if something wrong is detected.
1273 /// This is meant to be helpful when debugging.
1274
1275 bool Position::pos_is_ok() const {
1276
1277   constexpr bool Fast = true; // Quick (default) or full check?
1278
1279   if (   (sideToMove != WHITE && sideToMove != BLACK)
1280       || piece_on(square<KING>(WHITE)) != W_KING
1281       || piece_on(square<KING>(BLACK)) != B_KING
1282       || (   ep_square() != SQ_NONE
1283           && relative_rank(sideToMove, ep_square()) != RANK_6))
1284       assert(0 && "pos_is_ok: Default");
1285
1286   if (Fast)
1287       return true;
1288
1289   if (   pieceCount[W_KING] != 1
1290       || pieceCount[B_KING] != 1
1291       || attackers_to(square<KING>(~sideToMove)) & pieces(sideToMove))
1292       assert(0 && "pos_is_ok: Kings");
1293
1294   if (   (pieces(PAWN) & (Rank1BB | Rank8BB))
1295       || pieceCount[W_PAWN] > 8
1296       || pieceCount[B_PAWN] > 8)
1297       assert(0 && "pos_is_ok: Pawns");
1298
1299   if (   (pieces(WHITE) & pieces(BLACK))
1300       || (pieces(WHITE) | pieces(BLACK)) != pieces()
1301       || popcount(pieces(WHITE)) > 16
1302       || popcount(pieces(BLACK)) > 16)
1303       assert(0 && "pos_is_ok: Bitboards");
1304
1305   for (PieceType p1 = PAWN; p1 <= KING; ++p1)
1306       for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= KING; ++p2)
1307           if (p1 != p2 && (pieces(p1) & pieces(p2)))
1308               assert(0 && "pos_is_ok: Bitboards");
1309
1310
1311   for (Piece pc : Pieces)
1312       if (   pieceCount[pc] != popcount(pieces(color_of(pc), type_of(pc)))
1313           || pieceCount[pc] != std::count(board, board + SQUARE_NB, pc))
1314           assert(0 && "pos_is_ok: Pieces");
1315
1316   for (Color c : { WHITE, BLACK })
1317       for (CastlingRights cr : {c & KING_SIDE, c & QUEEN_SIDE})
1318       {
1319           if (!can_castle(cr))
1320               continue;
1321
1322           if (   piece_on(castlingRookSquare[cr]) != make_piece(c, ROOK)
1323               || castlingRightsMask[castlingRookSquare[cr]] != cr
1324               || (castlingRightsMask[square<KING>(c)] & cr) != cr)
1325               assert(0 && "pos_is_ok: Castling");
1326       }
1327
1328   return true;
1329 }
1330
1331 } // namespace Stockfish