39db219ed85a2c26f3f61f38f5999c51e5339bee
[stockfish] / src / endgame.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23
24 #include "bitboard.h"
25 #include "endgame.h"
26 #include "movegen.h"
27
28 using std::string;
29
30 namespace {
31
32   // Table used to drive the king towards the edge of the board
33   // in KX vs K and KQ vs KR endgames.
34   const int PushToEdges[SQUARE_NB] = {
35     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
36      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
37      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
38      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
39      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
40      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
41      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
42     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100
43   };
44
45   // Table used to drive the king towards a corner square of the
46   // right color in KBN vs K endgames.
47   const int PushToCorners[SQUARE_NB] = {
48     200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130,
49     190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 140,
50     180, 170, 155, 140, 140, 125, 140, 150,
51     170, 160, 140, 120, 110, 140, 150, 160,
52     160, 150, 140, 110, 120, 140, 160, 170,
53     150, 140, 125, 140, 140, 155, 170, 180,
54     140, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190,
55     130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200
56   };
57
58   // Tables used to drive a piece towards or away from another piece
59   const int PushClose[8] = { 0, 0, 100, 80, 60, 40, 20, 10 };
60   const int PushAway [8] = { 0, 5, 20, 40, 60, 80, 90, 100 };
61
62   // Pawn Rank based scaling factors used in KRPPKRP endgame
63   const int KRPPKRPScaleFactors[RANK_NB] = { 0, 9, 10, 14, 21, 44, 0, 0 };
64
65 #ifndef NDEBUG
66   bool verify_material(const Position& pos, Color c, Value npm, int pawnsCnt) {
67     return pos.non_pawn_material(c) == npm && pos.count<PAWN>(c) == pawnsCnt;
68   }
69 #endif
70
71   // Map the square as if strongSide is white and strongSide's only pawn
72   // is on the left half of the board.
73   Square normalize(const Position& pos, Color strongSide, Square sq) {
74
75     assert(pos.count<PAWN>(strongSide) == 1);
76
77     if (file_of(pos.square<PAWN>(strongSide)) >= FILE_E)
78         sq = Square(sq ^ 7); // Mirror SQ_H1 -> SQ_A1
79
80     if (strongSide == BLACK)
81         sq = ~sq;
82
83     return sq;
84   }
85
86 } // namespace
87
88
89 /// Endgames members definitions
90
91 Endgames::Endgames() {
92
93   add<KPK>("KPK");
94   add<KNNK>("KNNK");
95   add<KBNK>("KBNK");
96   add<KRKP>("KRKP");
97   add<KRKB>("KRKB");
98   add<KRKN>("KRKN");
99   add<KQKP>("KQKP");
100   add<KQKR>("KQKR");
101
102   add<KNPK>("KNPK");
103   add<KNPKB>("KNPKB");
104   add<KRPKR>("KRPKR");
105   add<KRPKB>("KRPKB");
106   add<KBPKB>("KBPKB");
107   add<KBPKN>("KBPKN");
108   add<KBPPKB>("KBPPKB");
109   add<KRPPKRP>("KRPPKRP");
110 }
111
112
113 /// Mate with KX vs K. This function is used to evaluate positions with
114 /// king and plenty of material vs a lone king. It simply gives the
115 /// attacking side a bonus for driving the defending king towards the edge
116 /// of the board, and for keeping the distance between the two kings small.
117 template<>
118 Value Endgame<KXK>::operator()(const Position& pos) const {
119
120   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 0));
121   assert(!pos.checkers()); // Eval is never called when in check
122
123   // Stalemate detection with lone king
124   if (pos.side_to_move() == weakSide && !MoveList<LEGAL>(pos).size())
125       return VALUE_DRAW;
126
127   Square winnerKSq = pos.square<KING>(strongSide);
128   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
129
130   Value result =  pos.non_pawn_material(strongSide)
131                 + pos.count<PAWN>(strongSide) * PawnValueEg
132                 + PushToEdges[loserKSq]
133                 + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)];
134
135   if (   pos.count<QUEEN>(strongSide)
136       || pos.count<ROOK>(strongSide)
137       ||(pos.count<BISHOP>(strongSide) && pos.count<KNIGHT>(strongSide))
138       || (   (pos.pieces(strongSide, BISHOP) & ~DarkSquares)
139           && (pos.pieces(strongSide, BISHOP) &  DarkSquares)))
140       result = std::min(result + VALUE_KNOWN_WIN, VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1);
141
142   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
143 }
144
145
146 /// Mate with KBN vs K. This is similar to KX vs K, but we have to drive the
147 /// defending king towards a corner square of the right color.
148 template<>
149 Value Endgame<KBNK>::operator()(const Position& pos) const {
150
151   assert(verify_material(pos, strongSide, KnightValueMg + BishopValueMg, 0));
152   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 0));
153
154   Square winnerKSq = pos.square<KING>(strongSide);
155   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
156   Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
157
158   // kbnk_mate_table() tries to drive toward corners A1 or H8. If we have a
159   // bishop that cannot reach the above squares, we flip the kings in order
160   // to drive the enemy toward corners A8 or H1.
161   if (opposite_colors(bishopSq, SQ_A1))
162   {
163       winnerKSq = ~winnerKSq;
164       loserKSq  = ~loserKSq;
165   }
166
167   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
168                 + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)]
169                 + PushToCorners[loserKSq];
170
171   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
172 }
173
174
175 /// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase.
176 template<>
177 Value Endgame<KPK>::operator()(const Position& pos) const {
178
179   assert(verify_material(pos, strongSide, VALUE_ZERO, 1));
180   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 0));
181
182   // Assume strongSide is white and the pawn is on files A-D
183   Square wksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(strongSide));
184   Square bksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(weakSide));
185   Square psq  = normalize(pos, strongSide, pos.square<PAWN>(strongSide));
186
187   Color us = strongSide == pos.side_to_move() ? WHITE : BLACK;
188
189   if (!Bitbases::probe(wksq, psq, bksq, us))
190       return VALUE_DRAW;
191
192   Value result = VALUE_KNOWN_WIN + PawnValueEg + Value(rank_of(psq));
193
194   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
195 }
196
197
198 /// KR vs KP. This is a somewhat tricky endgame to evaluate precisely without
199 /// a bitbase. The function below returns drawish scores when the pawn is
200 /// far advanced with support of the king, while the attacking king is far
201 /// away.
202 template<>
203 Value Endgame<KRKP>::operator()(const Position& pos) const {
204
205   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 0));
206   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 1));
207
208   Square wksq = relative_square(strongSide, pos.square<KING>(strongSide));
209   Square bksq = relative_square(strongSide, pos.square<KING>(weakSide));
210   Square rsq  = relative_square(strongSide, pos.square<ROOK>(strongSide));
211   Square psq  = relative_square(strongSide, pos.square<PAWN>(weakSide));
212
213   Square queeningSq = make_square(file_of(psq), RANK_1);
214   Value result;
215
216   // If the stronger side's king is in front of the pawn, it's a win
217   if (wksq < psq && file_of(wksq) == file_of(psq))
218       result = RookValueEg - distance(wksq, psq);
219
220   // If the weaker side's king is too far from the pawn and the rook,
221   // it's a win.
222   else if (   distance(bksq, psq) >= 3 + (pos.side_to_move() == weakSide)
223            && distance(bksq, rsq) >= 3)
224       result = RookValueEg - distance(wksq, psq);
225
226   // If the pawn is far advanced and supported by the defending king,
227   // the position is drawish
228   else if (   rank_of(bksq) <= RANK_3
229            && distance(bksq, psq) == 1
230            && rank_of(wksq) >= RANK_4
231            && distance(wksq, psq) > 2 + (pos.side_to_move() == strongSide))
232       result = Value(80) - 8 * distance(wksq, psq);
233
234   else
235       result =  Value(200) - 8 * (  distance(wksq, psq + SOUTH)
236                                   - distance(bksq, psq + SOUTH)
237                                   - distance(psq, queeningSq));
238
239   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
240 }
241
242
243 /// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores.  The
244 /// score is slightly bigger when the defending king is close to the edge.
245 template<>
246 Value Endgame<KRKB>::operator()(const Position& pos) const {
247
248   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 0));
249   assert(verify_material(pos, weakSide, BishopValueMg, 0));
250
251   Value result = Value(PushToEdges[pos.square<KING>(weakSide)]);
252   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
253 }
254
255
256 /// KR vs KN. The attacking side has slightly better winning chances than
257 /// in KR vs KB, particularly if the king and the knight are far apart.
258 template<>
259 Value Endgame<KRKN>::operator()(const Position& pos) const {
260
261   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 0));
262   assert(verify_material(pos, weakSide, KnightValueMg, 0));
263
264   Square bksq = pos.square<KING>(weakSide);
265   Square bnsq = pos.square<KNIGHT>(weakSide);
266   Value result = Value(PushToEdges[bksq] + PushAway[distance(bksq, bnsq)]);
267   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
268 }
269
270
271 /// KQ vs KP. In general, this is a win for the stronger side, but there are a
272 /// few important exceptions. A pawn on 7th rank and on the A,C,F or H files
273 /// with a king positioned next to it can be a draw, so in that case, we only
274 /// use the distance between the kings.
275 template<>
276 Value Endgame<KQKP>::operator()(const Position& pos) const {
277
278   assert(verify_material(pos, strongSide, QueenValueMg, 0));
279   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 1));
280
281   Square winnerKSq = pos.square<KING>(strongSide);
282   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
283   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(weakSide);
284
285   Value result = Value(PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)]);
286
287   if (   relative_rank(weakSide, pawnSq) != RANK_7
288       || distance(loserKSq, pawnSq) != 1
289       || !((FileABB | FileCBB | FileFBB | FileHBB) & pawnSq))
290       result += QueenValueEg - PawnValueEg;
291
292   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
293 }
294
295
296 /// KQ vs KR.  This is almost identical to KX vs K:  We give the attacking
297 /// king a bonus for having the kings close together, and for forcing the
298 /// defending king towards the edge. If we also take care to avoid null move for
299 /// the defending side in the search, this is usually sufficient to win KQ vs KR.
300 template<>
301 Value Endgame<KQKR>::operator()(const Position& pos) const {
302
303   assert(verify_material(pos, strongSide, QueenValueMg, 0));
304   assert(verify_material(pos, weakSide, RookValueMg, 0));
305
306   Square winnerKSq = pos.square<KING>(strongSide);
307   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
308
309   Value result =  QueenValueEg
310                 - RookValueEg
311                 + PushToEdges[loserKSq]
312                 + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)];
313
314   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
315 }
316
317
318 /// Some cases of trivial draws
319 template<> Value Endgame<KNNK>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
320
321
322 /// KB and one or more pawns vs K. It checks for draws with rook pawns and
323 /// a bishop of the wrong color. If such a draw is detected, SCALE_FACTOR_DRAW
324 /// is returned. If not, the return value is SCALE_FACTOR_NONE, i.e. no scaling
325 /// will be used.
326 template<>
327 ScaleFactor Endgame<KBPsK>::operator()(const Position& pos) const {
328
329   assert(pos.non_pawn_material(strongSide) == BishopValueMg);
330   assert(pos.count<PAWN>(strongSide) >= 1);
331
332   // No assertions about the material of weakSide, because we want draws to
333   // be detected even when the weaker side has some pawns.
334
335   Bitboard pawns = pos.pieces(strongSide, PAWN);
336   File pawnsFile = file_of(lsb(pawns));
337
338   // All pawns are on a single rook file?
339   if (    (pawnsFile == FILE_A || pawnsFile == FILE_H)
340       && !(pawns & ~file_bb(pawnsFile)))
341   {
342       Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
343       Square queeningSq = relative_square(strongSide, make_square(pawnsFile, RANK_8));
344       Square kingSq = pos.square<KING>(weakSide);
345
346       if (   opposite_colors(queeningSq, bishopSq)
347           && distance(queeningSq, kingSq) <= 1)
348           return SCALE_FACTOR_DRAW;
349   }
350
351   // If all the pawns are on the same B or G file, then it's potentially a draw
352   if (    (pawnsFile == FILE_B || pawnsFile == FILE_G)
353       && !(pos.pieces(PAWN) & ~file_bb(pawnsFile))
354       && pos.non_pawn_material(weakSide) == 0
355       && pos.count<PAWN>(weakSide) >= 1)
356   {
357       // Get weakSide pawn that is closest to the home rank
358       Square weakPawnSq = backmost_sq(weakSide, pos.pieces(weakSide, PAWN));
359
360       Square strongKingSq = pos.square<KING>(strongSide);
361       Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
362       Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
363
364       // There's potential for a draw if our pawn is blocked on the 7th rank,
365       // the bishop cannot attack it or they only have one pawn left
366       if (   relative_rank(strongSide, weakPawnSq) == RANK_7
367           && (pos.pieces(strongSide, PAWN) & (weakPawnSq + pawn_push(weakSide)))
368           && (opposite_colors(bishopSq, weakPawnSq) || pos.count<PAWN>(strongSide) == 1))
369       {
370           int strongKingDist = distance(weakPawnSq, strongKingSq);
371           int weakKingDist = distance(weakPawnSq, weakKingSq);
372
373           // It's a draw if the weak king is on its back two ranks, within 2
374           // squares of the blocking pawn and the strong king is not
375           // closer. (I think this rule only fails in practically
376           // unreachable positions such as 5k1K/6p1/6P1/8/8/3B4/8/8 w
377           // and positions where qsearch will immediately correct the
378           // problem such as 8/4k1p1/6P1/1K6/3B4/8/8/8 w)
379           if (   relative_rank(strongSide, weakKingSq) >= RANK_7
380               && weakKingDist <= 2
381               && weakKingDist <= strongKingDist)
382               return SCALE_FACTOR_DRAW;
383       }
384   }
385
386   return SCALE_FACTOR_NONE;
387 }
388
389
390 /// KQ vs KR and one or more pawns. It tests for fortress draws with a rook on
391 /// the third rank defended by a pawn.
392 template<>
393 ScaleFactor Endgame<KQKRPs>::operator()(const Position& pos) const {
394
395   assert(verify_material(pos, strongSide, QueenValueMg, 0));
396   assert(pos.count<ROOK>(weakSide) == 1);
397   assert(pos.count<PAWN>(weakSide) >= 1);
398
399   Square kingSq = pos.square<KING>(weakSide);
400   Square rsq = pos.square<ROOK>(weakSide);
401
402   if (    relative_rank(weakSide, kingSq) <= RANK_2
403       &&  relative_rank(weakSide, pos.square<KING>(strongSide)) >= RANK_4
404       &&  relative_rank(weakSide, rsq) == RANK_3
405       && (  pos.pieces(weakSide, PAWN)
406           & pos.attacks_from<KING>(kingSq)
407           & pos.attacks_from<PAWN>(rsq, strongSide)))
408           return SCALE_FACTOR_DRAW;
409
410   return SCALE_FACTOR_NONE;
411 }
412
413
414 /// KRP vs KR. This function knows a handful of the most important classes of
415 /// drawn positions, but is far from perfect. It would probably be a good idea
416 /// to add more knowledge in the future.
417 ///
418 /// It would also be nice to rewrite the actual code for this function,
419 /// which is mostly copied from Glaurung 1.x, and isn't very pretty.
420 template<>
421 ScaleFactor Endgame<KRPKR>::operator()(const Position& pos) const {
422
423   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 1));
424   assert(verify_material(pos, weakSide,   RookValueMg, 0));
425
426   // Assume strongSide is white and the pawn is on files A-D
427   Square wksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(strongSide));
428   Square bksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(weakSide));
429   Square wrsq = normalize(pos, strongSide, pos.square<ROOK>(strongSide));
430   Square wpsq = normalize(pos, strongSide, pos.square<PAWN>(strongSide));
431   Square brsq = normalize(pos, strongSide, pos.square<ROOK>(weakSide));
432
433   File f = file_of(wpsq);
434   Rank r = rank_of(wpsq);
435   Square queeningSq = make_square(f, RANK_8);
436   int tempo = (pos.side_to_move() == strongSide);
437
438   // If the pawn is not too far advanced and the defending king defends the
439   // queening square, use the third-rank defence.
440   if (   r <= RANK_5
441       && distance(bksq, queeningSq) <= 1
442       && wksq <= SQ_H5
443       && (rank_of(brsq) == RANK_6 || (r <= RANK_3 && rank_of(wrsq) != RANK_6)))
444       return SCALE_FACTOR_DRAW;
445
446   // The defending side saves a draw by checking from behind in case the pawn
447   // has advanced to the 6th rank with the king behind.
448   if (   r == RANK_6
449       && distance(bksq, queeningSq) <= 1
450       && rank_of(wksq) + tempo <= RANK_6
451       && (rank_of(brsq) == RANK_1 || (!tempo && distance<File>(brsq, wpsq) >= 3)))
452       return SCALE_FACTOR_DRAW;
453
454   if (   r >= RANK_6
455       && bksq == queeningSq
456       && rank_of(brsq) == RANK_1
457       && (!tempo || distance(wksq, wpsq) >= 2))
458       return SCALE_FACTOR_DRAW;
459
460   // White pawn on a7 and rook on a8 is a draw if black's king is on g7 or h7
461   // and the black rook is behind the pawn.
462   if (   wpsq == SQ_A7
463       && wrsq == SQ_A8
464       && (bksq == SQ_H7 || bksq == SQ_G7)
465       && file_of(brsq) == FILE_A
466       && (rank_of(brsq) <= RANK_3 || file_of(wksq) >= FILE_D || rank_of(wksq) <= RANK_5))
467       return SCALE_FACTOR_DRAW;
468
469   // If the defending king blocks the pawn and the attacking king is too far
470   // away, it's a draw.
471   if (   r <= RANK_5
472       && bksq == wpsq + NORTH
473       && distance(wksq, wpsq) - tempo >= 2
474       && distance(wksq, brsq) - tempo >= 2)
475       return SCALE_FACTOR_DRAW;
476
477   // Pawn on the 7th rank supported by the rook from behind usually wins if the
478   // attacking king is closer to the queening square than the defending king,
479   // and the defending king cannot gain tempi by threatening the attacking rook.
480   if (   r == RANK_7
481       && f != FILE_A
482       && file_of(wrsq) == f
483       && wrsq != queeningSq
484       && (distance(wksq, queeningSq) < distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
485       && (distance(wksq, queeningSq) < distance(bksq, wrsq) + tempo))
486       return ScaleFactor(SCALE_FACTOR_MAX - 2 * distance(wksq, queeningSq));
487
488   // Similar to the above, but with the pawn further back
489   if (   f != FILE_A
490       && file_of(wrsq) == f
491       && wrsq < wpsq
492       && (distance(wksq, queeningSq) < distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
493       && (distance(wksq, wpsq + NORTH) < distance(bksq, wpsq + NORTH) - 2 + tempo)
494       && (  distance(bksq, wrsq) + tempo >= 3
495           || (    distance(wksq, queeningSq) < distance(bksq, wrsq) + tempo
496               && (distance(wksq, wpsq + NORTH) < distance(bksq, wrsq) + tempo))))
497       return ScaleFactor(  SCALE_FACTOR_MAX
498                          - 8 * distance(wpsq, queeningSq)
499                          - 2 * distance(wksq, queeningSq));
500
501   // If the pawn is not far advanced and the defending king is somewhere in
502   // the pawn's path, it's probably a draw.
503   if (r <= RANK_4 && bksq > wpsq)
504   {
505       if (file_of(bksq) == file_of(wpsq))
506           return ScaleFactor(10);
507       if (   distance<File>(bksq, wpsq) == 1
508           && distance(wksq, bksq) > 2)
509           return ScaleFactor(24 - 2 * distance(wksq, bksq));
510   }
511   return SCALE_FACTOR_NONE;
512 }
513
514 template<>
515 ScaleFactor Endgame<KRPKB>::operator()(const Position& pos) const {
516
517   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 1));
518   assert(verify_material(pos, weakSide, BishopValueMg, 0));
519
520   // Test for a rook pawn
521   if (pos.pieces(PAWN) & (FileABB | FileHBB))
522   {
523       Square ksq = pos.square<KING>(weakSide);
524       Square bsq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
525       Square psq = pos.square<PAWN>(strongSide);
526       Rank rk = relative_rank(strongSide, psq);
527       Direction push = pawn_push(strongSide);
528
529       // If the pawn is on the 5th rank and the pawn (currently) is on
530       // the same color square as the bishop then there is a chance of
531       // a fortress. Depending on the king position give a moderate
532       // reduction or a stronger one if the defending king is near the
533       // corner but not trapped there.
534       if (rk == RANK_5 && !opposite_colors(bsq, psq))
535       {
536           int d = distance(psq + 3 * push, ksq);
537
538           if (d <= 2 && !(d == 0 && ksq == pos.square<KING>(strongSide) + 2 * push))
539               return ScaleFactor(24);
540           else
541               return ScaleFactor(48);
542       }
543
544       // When the pawn has moved to the 6th rank we can be fairly sure
545       // it's drawn if the bishop attacks the square in front of the
546       // pawn from a reasonable distance and the defending king is near
547       // the corner
548       if (   rk == RANK_6
549           && distance(psq + 2 * push, ksq) <= 1
550           && (PseudoAttacks[BISHOP][bsq] & (psq + push))
551           && distance<File>(bsq, psq) >= 2)
552           return ScaleFactor(8);
553   }
554
555   return SCALE_FACTOR_NONE;
556 }
557
558 /// KRPP vs KRP. There is just a single rule: if the stronger side has no passed
559 /// pawns and the defending king is actively placed, the position is drawish.
560 template<>
561 ScaleFactor Endgame<KRPPKRP>::operator()(const Position& pos) const {
562
563   assert(verify_material(pos, strongSide, RookValueMg, 2));
564   assert(verify_material(pos, weakSide,   RookValueMg, 1));
565
566   Square wpsq1 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[0];
567   Square wpsq2 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[1];
568   Square bksq = pos.square<KING>(weakSide);
569
570   // Does the stronger side have a passed pawn?
571   if (pos.pawn_passed(strongSide, wpsq1) || pos.pawn_passed(strongSide, wpsq2))
572       return SCALE_FACTOR_NONE;
573
574   Rank r = std::max(relative_rank(strongSide, wpsq1), relative_rank(strongSide, wpsq2));
575
576   if (   distance<File>(bksq, wpsq1) <= 1
577       && distance<File>(bksq, wpsq2) <= 1
578       && relative_rank(strongSide, bksq) > r)
579   {
580       assert(r > RANK_1 && r < RANK_7);
581       return ScaleFactor(KRPPKRPScaleFactors[r]);
582   }
583   return SCALE_FACTOR_NONE;
584 }
585
586
587 /// K and two or more pawns vs K. There is just a single rule here: If all pawns
588 /// are on the same rook file and are blocked by the defending king, it's a draw.
589 template<>
590 ScaleFactor Endgame<KPsK>::operator()(const Position& pos) const {
591
592   assert(pos.non_pawn_material(strongSide) == VALUE_ZERO);
593   assert(pos.count<PAWN>(strongSide) >= 2);
594   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 0));
595
596   Square ksq = pos.square<KING>(weakSide);
597   Bitboard pawns = pos.pieces(strongSide, PAWN);
598
599   // If all pawns are ahead of the king, on a single rook file and
600   // the king is within one file of the pawns, it's a draw.
601   if (   !(pawns & ~forward_ranks_bb(weakSide, ksq))
602       && !((pawns & ~FileABB) && (pawns & ~FileHBB))
603       &&  distance<File>(ksq, lsb(pawns)) <= 1)
604       return SCALE_FACTOR_DRAW;
605
606   return SCALE_FACTOR_NONE;
607 }
608
609
610 /// KBP vs KB. There are two rules: if the defending king is somewhere along the
611 /// path of the pawn, and the square of the king is not of the same color as the
612 /// stronger side's bishop, it's a draw. If the two bishops have opposite color,
613 /// it's almost always a draw.
614 template<>
615 ScaleFactor Endgame<KBPKB>::operator()(const Position& pos) const {
616
617   assert(verify_material(pos, strongSide, BishopValueMg, 1));
618   assert(verify_material(pos, weakSide,   BishopValueMg, 0));
619
620   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(strongSide);
621   Square strongBishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
622   Square weakBishopSq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
623   Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
624
625   // Case 1: Defending king blocks the pawn, and cannot be driven away
626   if (   file_of(weakKingSq) == file_of(pawnSq)
627       && relative_rank(strongSide, pawnSq) < relative_rank(strongSide, weakKingSq)
628       && (   opposite_colors(weakKingSq, strongBishopSq)
629           || relative_rank(strongSide, weakKingSq) <= RANK_6))
630       return SCALE_FACTOR_DRAW;
631
632   // Case 2: Opposite colored bishops
633   if (opposite_colors(strongBishopSq, weakBishopSq))
634   {
635       // We assume that the position is drawn in the following three situations:
636       //
637       //   a. The pawn is on rank 5 or further back.
638       //   b. The defending king is somewhere in the pawn's path.
639       //   c. The defending bishop attacks some square along the pawn's path,
640       //      and is at least three squares away from the pawn.
641       //
642       // These rules are probably not perfect, but in practice they work
643       // reasonably well.
644
645       if (relative_rank(strongSide, pawnSq) <= RANK_5)
646           return SCALE_FACTOR_DRAW;
647
648       Bitboard path = forward_file_bb(strongSide, pawnSq);
649
650       if (path & pos.pieces(weakSide, KING))
651           return SCALE_FACTOR_DRAW;
652
653       if (  (pos.attacks_from<BISHOP>(weakBishopSq) & path)
654           && distance(weakBishopSq, pawnSq) >= 3)
655           return SCALE_FACTOR_DRAW;
656   }
657   return SCALE_FACTOR_NONE;
658 }
659
660
661 /// KBPP vs KB. It detects a few basic draws with opposite-colored bishops
662 template<>
663 ScaleFactor Endgame<KBPPKB>::operator()(const Position& pos) const {
664
665   assert(verify_material(pos, strongSide, BishopValueMg, 2));
666   assert(verify_material(pos, weakSide,   BishopValueMg, 0));
667
668   Square wbsq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
669   Square bbsq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
670
671   if (!opposite_colors(wbsq, bbsq))
672       return SCALE_FACTOR_NONE;
673
674   Square ksq = pos.square<KING>(weakSide);
675   Square psq1 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[0];
676   Square psq2 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[1];
677   Rank r1 = rank_of(psq1);
678   Rank r2 = rank_of(psq2);
679   Square blockSq1, blockSq2;
680
681   if (relative_rank(strongSide, psq1) > relative_rank(strongSide, psq2))
682   {
683       blockSq1 = psq1 + pawn_push(strongSide);
684       blockSq2 = make_square(file_of(psq2), rank_of(psq1));
685   }
686   else
687   {
688       blockSq1 = psq2 + pawn_push(strongSide);
689       blockSq2 = make_square(file_of(psq1), rank_of(psq2));
690   }
691
692   switch (distance<File>(psq1, psq2))
693   {
694   case 0:
695     // Both pawns are on the same file. It's an easy draw if the defender firmly
696     // controls some square in the frontmost pawn's path.
697     if (   file_of(ksq) == file_of(blockSq1)
698         && relative_rank(strongSide, ksq) >= relative_rank(strongSide, blockSq1)
699         && opposite_colors(ksq, wbsq))
700         return SCALE_FACTOR_DRAW;
701     else
702         return SCALE_FACTOR_NONE;
703
704   case 1:
705     // Pawns on adjacent files. It's a draw if the defender firmly controls the
706     // square in front of the frontmost pawn's path, and the square diagonally
707     // behind this square on the file of the other pawn.
708     if (   ksq == blockSq1
709         && opposite_colors(ksq, wbsq)
710         && (   bbsq == blockSq2
711             || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq2) & pos.pieces(weakSide, BISHOP))
712             || distance(r1, r2) >= 2))
713         return SCALE_FACTOR_DRAW;
714
715     else if (   ksq == blockSq2
716              && opposite_colors(ksq, wbsq)
717              && (   bbsq == blockSq1
718                  || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq1) & pos.pieces(weakSide, BISHOP))))
719         return SCALE_FACTOR_DRAW;
720     else
721         return SCALE_FACTOR_NONE;
722
723   default:
724     // The pawns are not on the same file or adjacent files. No scaling.
725     return SCALE_FACTOR_NONE;
726   }
727 }
728
729
730 /// KBP vs KN. There is a single rule: If the defending king is somewhere along
731 /// the path of the pawn, and the square of the king is not of the same color as
732 /// the stronger side's bishop, it's a draw.
733 template<>
734 ScaleFactor Endgame<KBPKN>::operator()(const Position& pos) const {
735
736   assert(verify_material(pos, strongSide, BishopValueMg, 1));
737   assert(verify_material(pos, weakSide, KnightValueMg, 0));
738
739   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(strongSide);
740   Square strongBishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
741   Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
742
743   if (   file_of(weakKingSq) == file_of(pawnSq)
744       && relative_rank(strongSide, pawnSq) < relative_rank(strongSide, weakKingSq)
745       && (   opposite_colors(weakKingSq, strongBishopSq)
746           || relative_rank(strongSide, weakKingSq) <= RANK_6))
747       return SCALE_FACTOR_DRAW;
748
749   return SCALE_FACTOR_NONE;
750 }
751
752
753 /// KNP vs K. There is a single rule: if the pawn is a rook pawn on the 7th rank
754 /// and the defending king prevents the pawn from advancing, the position is drawn.
755 template<>
756 ScaleFactor Endgame<KNPK>::operator()(const Position& pos) const {
757
758   assert(verify_material(pos, strongSide, KnightValueMg, 1));
759   assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 0));
760
761   // Assume strongSide is white and the pawn is on files A-D
762   Square pawnSq     = normalize(pos, strongSide, pos.square<PAWN>(strongSide));
763   Square weakKingSq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(weakSide));
764
765   if (pawnSq == SQ_A7 && distance(SQ_A8, weakKingSq) <= 1)
766       return SCALE_FACTOR_DRAW;
767
768   return SCALE_FACTOR_NONE;
769 }
770
771
772 /// KNP vs KB. If knight can block bishop from taking pawn, it's a win.
773 /// Otherwise the position is drawn.
774 template<>
775 ScaleFactor Endgame<KNPKB>::operator()(const Position& pos) const {
776
777   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(strongSide);
778   Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
779   Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
780
781   // King needs to get close to promoting pawn to prevent knight from blocking.
782   // Rules for this are very tricky, so just approximate.
783   if (forward_file_bb(strongSide, pawnSq) & pos.attacks_from<BISHOP>(bishopSq))
784       return ScaleFactor(distance(weakKingSq, pawnSq));
785
786   return SCALE_FACTOR_NONE;
787 }
788
789
790 /// KP vs KP. This is done by removing the weakest side's pawn and probing the
791 /// KP vs K bitbase: If the weakest side has a draw without the pawn, it probably
792 /// has at least a draw with the pawn as well. The exception is when the stronger
793 /// side's pawn is far advanced and not on a rook file; in this case it is often
794 /// possible to win (e.g. 8/4k3/3p4/3P4/6K1/8/8/8 w - - 0 1).
795 template<>
796 ScaleFactor Endgame<KPKP>::operator()(const Position& pos) const {
797
798   assert(verify_material(pos, strongSide, VALUE_ZERO, 1));
799   assert(verify_material(pos, weakSide,   VALUE_ZERO, 1));
800
801   // Assume strongSide is white and the pawn is on files A-D
802   Square wksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(strongSide));
803   Square bksq = normalize(pos, strongSide, pos.square<KING>(weakSide));
804   Square psq  = normalize(pos, strongSide, pos.square<PAWN>(strongSide));
805
806   Color us = strongSide == pos.side_to_move() ? WHITE : BLACK;
807
808   // If the pawn has advanced to the fifth rank or further, and is not a
809   // rook pawn, it's too dangerous to assume that it's at least a draw.
810   if (rank_of(psq) >= RANK_5 && file_of(psq) != FILE_A)
811       return SCALE_FACTOR_NONE;
812
813   // Probe the KPK bitbase with the weakest side's pawn removed. If it's a draw,
814   // it's probably at least a draw even with the pawn.
815   return Bitbases::probe(wksq, psq, bksq, us) ? SCALE_FACTOR_NONE : SCALE_FACTOR_DRAW;
816 }