Remove useless condition in KXK endgame
[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) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "bitcount.h"
25 #include "endgame.h"
26 #include "movegen.h"
27
28 using std::string;
29
30 namespace {
31
32   // Table used to drive the defending king towards the edge of the board
33   // in KX vs K and KQ vs KR endgames.
34   const int MateTable[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 defending king towards a corner square of the
46   // right color in KBN vs K endgames.
47   const int KBNKMateTable[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   // The attacking side is given a descending bonus based on distance between
59   // the two kings in basic endgames.
60   const int DistanceBonus[8] = { 0, 0, 100, 80, 60, 40, 20, 10 };
61
62   // Get the material key of a Position out of the given endgame key code
63   // like "KBPKN". The trick here is to first forge an ad-hoc fen string
64   // and then let a Position object to do the work for us. Note that the
65   // fen string could correspond to an illegal position.
66   Key key(const string& code, Color c) {
67
68     assert(code.length() > 0 && code.length() < 8);
69     assert(code[0] == 'K');
70
71     string sides[] = { code.substr(code.find('K', 1)),      // Weaker
72                        code.substr(0, code.find('K', 1)) }; // Stronger
73
74     std::transform(sides[c].begin(), sides[c].end(), sides[c].begin(), tolower);
75
76     string fen =  sides[0] + char('0' + int(8 - code.length()))
77                 + sides[1] + "/8/8/8/8/8/8/8 w - - 0 10";
78
79     return Position(fen, false, NULL).material_key();
80   }
81
82   template<typename M>
83   void delete_endgame(const typename M::value_type& p) { delete p.second; }
84
85 } // namespace
86
87
88 /// Endgames members definitions
89
90 Endgames::Endgames() {
91
92   add<KK>("KK");
93   add<KPK>("KPK");
94   add<KBK>("KBK");
95   add<KNK>("KNK");
96   add<KNNK>("KNNK");
97   add<KBNK>("KBNK");
98   add<KRKP>("KRKP");
99   add<KRKB>("KRKB");
100   add<KRKN>("KRKN");
101   add<KQKP>("KQKP");
102   add<KQKR>("KQKR");
103   add<KBBKN>("KBBKN");
104
105   add<KNPK>("KNPK");
106   add<KNPKB>("KNPKB");
107   add<KRPKR>("KRPKR");
108   add<KBPKB>("KBPKB");
109   add<KBPKN>("KBPKN");
110   add<KBPPKB>("KBPPKB");
111   add<KRPPKRP>("KRPPKRP");
112 }
113
114 Endgames::~Endgames() {
115
116   for_each(m1.begin(), m1.end(), delete_endgame<M1>);
117   for_each(m2.begin(), m2.end(), delete_endgame<M2>);
118 }
119
120 template<EndgameType E>
121 void Endgames::add(const string& code) {
122
123   map((Endgame<E>*)0)[key(code, WHITE)] = new Endgame<E>(WHITE);
124   map((Endgame<E>*)0)[key(code, BLACK)] = new Endgame<E>(BLACK);
125 }
126
127
128 /// Mate with KX vs K. This function is used to evaluate positions with
129 /// King and plenty of material vs a lone king. It simply gives the
130 /// attacking side a bonus for driving the defending king towards the edge
131 /// of the board, and for keeping the distance between the two kings small.
132 template<>
133 Value Endgame<KXK>::operator()(const Position& pos) const {
134
135   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
136   assert(!pos.count<PAWN>(weakerSide));
137   assert(!pos.checkers()); // Eval is never called when in check
138
139   // Stalemate detection with lone king
140   if (pos.side_to_move() == weakerSide && !MoveList<LEGAL>(pos).size())
141       return VALUE_DRAW;
142
143   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
144   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
145
146   Value result =   pos.non_pawn_material(strongerSide)
147                  + pos.count<PAWN>(strongerSide) * PawnValueEg
148                  + MateTable[loserKSq]
149                  + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)];
150
151   if (   pos.count<QUEEN>(strongerSide)
152       || pos.count<ROOK>(strongerSide)
153       || pos.bishop_pair(strongerSide))
154       result += VALUE_KNOWN_WIN;
155
156   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
157 }
158
159
160 /// Mate with KBN vs K. This is similar to KX vs K, but we have to drive the
161 /// defending king towards a corner square of the right color.
162 template<>
163 Value Endgame<KBNK>::operator()(const Position& pos) const {
164
165   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMg + BishopValueMg);
166   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
167   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 1);
168   assert(pos.count<KNIGHT>(strongerSide) == 1);
169   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 0);
170   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
171
172   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
173   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
174   Square bishopSq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
175
176   // kbnk_mate_table() tries to drive toward corners A1 or H8,
177   // if we have a bishop that cannot reach the above squares we
178   // mirror the kings so to drive enemy toward corners A8 or H1.
179   if (opposite_colors(bishopSq, SQ_A1))
180   {
181       winnerKSq = mirror(winnerKSq);
182       loserKSq = mirror(loserKSq);
183   }
184
185   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
186                 + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)]
187                 + KBNKMateTable[loserKSq];
188
189   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
190 }
191
192
193 /// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase.
194 template<>
195 Value Endgame<KPK>::operator()(const Position& pos) const {
196
197   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
198   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
199   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 1);
200   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 0);
201
202   Square wksq, bksq, wpsq;
203   Color us;
204
205   if (strongerSide == WHITE)
206   {
207       wksq = pos.king_square(WHITE);
208       bksq = pos.king_square(BLACK);
209       wpsq = pos.list<PAWN>(WHITE)[0];
210       us   = pos.side_to_move();
211   }
212   else
213   {
214       wksq = ~pos.king_square(BLACK);
215       bksq = ~pos.king_square(WHITE);
216       wpsq = ~pos.list<PAWN>(BLACK)[0];
217       us   = ~pos.side_to_move();
218   }
219
220   if (file_of(wpsq) >= FILE_E)
221   {
222       wksq = mirror(wksq);
223       bksq = mirror(bksq);
224       wpsq = mirror(wpsq);
225   }
226
227   if (!Bitbases::probe_kpk(wksq, wpsq, bksq, us))
228       return VALUE_DRAW;
229
230   Value result = VALUE_KNOWN_WIN + PawnValueEg + Value(rank_of(wpsq));
231
232   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
233 }
234
235
236 /// KR vs KP. This is a somewhat tricky endgame to evaluate precisely without
237 /// a bitbase. The function below returns drawish scores when the pawn is
238 /// far advanced with support of the king, while the attacking king is far
239 /// away.
240 template<>
241 Value Endgame<KRKP>::operator()(const Position& pos) const {
242
243   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMg);
244   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == 0);
245   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 0);
246   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 1);
247
248   Square wksq, wrsq, bksq, bpsq;
249   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
250
251   wksq = pos.king_square(strongerSide);
252   bksq = pos.king_square(weakerSide);
253   wrsq = pos.list<ROOK>(strongerSide)[0];
254   bpsq = pos.list<PAWN>(weakerSide)[0];
255
256   if (strongerSide == BLACK)
257   {
258       wksq = ~wksq;
259       wrsq = ~wrsq;
260       bksq = ~bksq;
261       bpsq = ~bpsq;
262   }
263
264   Square queeningSq = file_of(bpsq) | RANK_1;
265   Value result;
266
267   // If the stronger side's king is in front of the pawn, it's a win
268   if (wksq < bpsq && file_of(wksq) == file_of(bpsq))
269       result = RookValueEg - Value(square_distance(wksq, bpsq));
270
271   // If the weaker side's king is too far from the pawn and the rook,
272   // it's a win
273   else if (   square_distance(bksq, bpsq) - (tempo ^ 1) >= 3
274            && square_distance(bksq, wrsq) >= 3)
275       result = RookValueEg - Value(square_distance(wksq, bpsq));
276
277   // If the pawn is far advanced and supported by the defending king,
278   // the position is drawish
279   else if (   rank_of(bksq) <= RANK_3
280            && square_distance(bksq, bpsq) == 1
281            && rank_of(wksq) >= RANK_4
282            && square_distance(wksq, bpsq) - tempo > 2)
283       result = Value(80 - square_distance(wksq, bpsq) * 8);
284
285   else
286       result =  Value(200)
287               - Value(square_distance(wksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
288               + Value(square_distance(bksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
289               + Value(square_distance(bpsq, queeningSq) * 8);
290
291   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
292 }
293
294
295 /// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores.  The
296 /// score is slightly bigger when the defending king is close to the edge.
297 template<>
298 Value Endgame<KRKB>::operator()(const Position& pos) const {
299
300   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMg);
301   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == BishopValueMg);
302   assert(pos.count<BISHOP>(weakerSide  ) == 1);
303   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
304   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 0);
305
306   Value result = Value(MateTable[pos.king_square(weakerSide)]);
307   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
308 }
309
310
311 /// KR vs KN.  The attacking side has slightly better winning chances than
312 /// in KR vs KB, particularly if the king and the knight are far apart.
313 template<>
314 Value Endgame<KRKN>::operator()(const Position& pos) const {
315
316   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMg);
317   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == KnightValueMg);
318   assert(pos.count<KNIGHT>(weakerSide  ) == 1);
319   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
320   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 0);
321
322   const int penalty[8] = { 0, 10, 14, 20, 30, 42, 58, 80 };
323
324   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
325   Square bnsq = pos.list<KNIGHT>(weakerSide)[0];
326   Value result = Value(MateTable[bksq] + penalty[square_distance(bksq, bnsq)]);
327   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
328 }
329
330
331 /// KQ vs KP.  In general, a win for the stronger side, however, there are a few
332 /// important exceptions.  Pawn on 7th rank, A,C,F or H file, with king next can
333 /// be a draw, so we scale down to distance between kings only.
334 template<>
335 Value Endgame<KQKP>::operator()(const Position& pos) const {
336
337   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMg);
338   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == VALUE_ZERO);
339   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 0);
340   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 1);
341
342   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
343   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
344   Square pawnSq = pos.list<PAWN>(weakerSide)[0];
345
346   Value result =  QueenValueEg
347                 - PawnValueEg
348                 + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)];
349
350   if (   square_distance(loserKSq, pawnSq) == 1
351       && relative_rank(weakerSide, pawnSq) == RANK_7)
352   {
353       File f = file_of(pawnSq);
354
355       if (f == FILE_A || f == FILE_C || f == FILE_F || f == FILE_H)
356           result = Value(DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)]);
357   }
358   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
359 }
360
361
362 /// KQ vs KR.  This is almost identical to KX vs K:  We give the attacking
363 /// king a bonus for having the kings close together, and for forcing the
364 /// defending king towards the edge.  If we also take care to avoid null move
365 /// for the defending side in the search, this is usually sufficient to be
366 /// able to win KQ vs KR.
367 template<>
368 Value Endgame<KQKR>::operator()(const Position& pos) const {
369
370   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMg);
371   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == RookValueMg);
372   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 0);
373   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 0);
374
375   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
376   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
377
378   Value result =  QueenValueEg
379                 - RookValueEg
380                 + MateTable[loserKSq]
381                 + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)];
382
383   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
384 }
385
386 template<>
387 Value Endgame<KBBKN>::operator()(const Position& pos) const {
388
389   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == 2 * BishopValueMg);
390   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == KnightValueMg);
391   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 2);
392   assert(pos.count<KNIGHT>(weakerSide  ) == 1);
393   assert(!pos.pieces(PAWN));
394
395   Value result = BishopValueEg;
396   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
397   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
398   Square nsq = pos.list<KNIGHT>(weakerSide)[0];
399
400   // Bonus for attacking king close to defending king
401   result += Value(DistanceBonus[square_distance(wksq, bksq)]);
402
403   // Bonus for driving the defending king and knight apart
404   result += Value(square_distance(bksq, nsq) * 32);
405
406   // Bonus for restricting the knight's mobility
407   result += Value((8 - popcount<Max15>(pos.attacks_from<KNIGHT>(nsq))) * 8);
408
409   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
410 }
411
412
413 /// Some cases of trivial draws
414 template<> Value Endgame<KK>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
415 template<> Value Endgame<KBK>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
416 template<> Value Endgame<KNK>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
417 template<> Value Endgame<KNNK>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
418 template<> Value Endgame<KmmKm>::operator()(const Position&) const { return VALUE_DRAW; }
419
420
421 /// K, bishop and one or more pawns vs K. It checks for draws with rook pawns and
422 /// a bishop of the wrong color. If such a draw is detected, SCALE_FACTOR_DRAW
423 /// is returned. If not, the return value is SCALE_FACTOR_NONE, i.e. no scaling
424 /// will be used.
425 template<>
426 ScaleFactor Endgame<KBPsK>::operator()(const Position& pos) const {
427
428   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMg);
429   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 1);
430   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) >= 1);
431
432   // No assertions about the material of weakerSide, because we want draws to
433   // be detected even when the weaker side has some pawns.
434
435   Bitboard pawns = pos.pieces(strongerSide, PAWN);
436   File pawnFile = file_of(pos.list<PAWN>(strongerSide)[0]);
437
438   // All pawns are on a single rook file ?
439   if (    (pawnFile == FILE_A || pawnFile == FILE_H)
440       && !(pawns & ~file_bb(pawnFile)))
441   {
442       Square bishopSq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
443       Square queeningSq = relative_square(strongerSide, pawnFile | RANK_8);
444       Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
445
446       if (   opposite_colors(queeningSq, bishopSq)
447           && abs(file_of(kingSq) - pawnFile) <= 1)
448       {
449           // The bishop has the wrong color, and the defending king is on the
450           // file of the pawn(s) or the adjacent file. Find the rank of the
451           // frontmost pawn.
452           Rank rank;
453           if (strongerSide == WHITE)
454           {
455               for (rank = RANK_7; !(rank_bb(rank) & pawns); rank--) {}
456               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
457           }
458           else
459           {
460               for (rank = RANK_2; !(rank_bb(rank) & pawns); rank++) {}
461               rank = Rank(rank ^ 7);  // HACK to get the relative rank
462               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
463           }
464           // If the defending king has distance 1 to the promotion square or
465           // is placed somewhere in front of the pawn, it's a draw.
466           if (   square_distance(kingSq, queeningSq) <= 1
467               || relative_rank(strongerSide, kingSq) >= rank)
468               return SCALE_FACTOR_DRAW;
469       }
470   }
471
472   // All pawns on same B or G file? Then potential draw
473   if (    (pawnFile == FILE_B || pawnFile == FILE_G)
474       && !(pos.pieces(PAWN) & ~file_bb(pawnFile))
475       && pos.non_pawn_material(weakerSide) == 0
476       && pos.count<PAWN>(weakerSide) >= 1)
477   {
478       // Get weaker pawn closest to opponent's queening square
479       Bitboard wkPawns = pos.pieces(weakerSide, PAWN);
480       Square weakerPawnSq = strongerSide == WHITE ? msb(wkPawns) : lsb(wkPawns);
481
482       Square strongerKingSq = pos.king_square(strongerSide);
483       Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
484       Square bishopSq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
485
486       // Draw if weaker pawn is on rank 7, bishop can't attack the pawn, and
487       // weaker king can stop opposing opponent's king from penetrating.
488       if (   relative_rank(strongerSide, weakerPawnSq) == RANK_7
489           && opposite_colors(bishopSq, weakerPawnSq)
490           && square_distance(weakerPawnSq, weakerKingSq) <= square_distance(weakerPawnSq, strongerKingSq))
491           return SCALE_FACTOR_DRAW;
492   }
493
494   return SCALE_FACTOR_NONE;
495 }
496
497
498 /// K and queen vs K, rook and one or more pawns. It tests for fortress draws with
499 /// a rook on the third rank defended by a pawn.
500 template<>
501 ScaleFactor Endgame<KQKRPs>::operator()(const Position& pos) const {
502
503   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMg);
504   assert(pos.count<QUEEN>(strongerSide) == 1);
505   assert(pos.count< PAWN>(strongerSide) == 0);
506   assert(pos.count< ROOK>(weakerSide  ) == 1);
507   assert(pos.count< PAWN>(weakerSide  ) >= 1);
508
509   Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
510   if (    relative_rank(weakerSide, kingSq) <= RANK_2
511       &&  relative_rank(weakerSide, pos.king_square(strongerSide)) >= RANK_4
512       && (pos.pieces(weakerSide, ROOK) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_3)))
513       && (pos.pieces(weakerSide, PAWN) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_2)))
514       && (pos.attacks_from<KING>(kingSq) & pos.pieces(weakerSide, PAWN)))
515   {
516       Square rsq = pos.list<ROOK>(weakerSide)[0];
517       if (pos.attacks_from<PAWN>(rsq, strongerSide) & pos.pieces(weakerSide, PAWN))
518           return SCALE_FACTOR_DRAW;
519   }
520   return SCALE_FACTOR_NONE;
521 }
522
523
524 /// K, rook and one pawn vs K and a rook. This function knows a handful of the
525 /// most important classes of drawn positions, but is far from perfect. It would
526 /// probably be a good idea to add more knowledge in the future.
527 ///
528 /// It would also be nice to rewrite the actual code for this function,
529 /// which is mostly copied from Glaurung 1.x, and not very pretty.
530 template<>
531 ScaleFactor Endgame<KRPKR>::operator()(const Position& pos) const {
532
533   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMg);
534   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide)   == RookValueMg);
535   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 1);
536   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 0);
537
538   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
539   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
540   Square wrsq = pos.list<ROOK>(strongerSide)[0];
541   Square wpsq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
542   Square brsq = pos.list<ROOK>(weakerSide)[0];
543
544   // Orient the board in such a way that the stronger side is white, and the
545   // pawn is on the left half of the board.
546   if (strongerSide == BLACK)
547   {
548       wksq = ~wksq;
549       wrsq = ~wrsq;
550       wpsq = ~wpsq;
551       bksq = ~bksq;
552       brsq = ~brsq;
553   }
554   if (file_of(wpsq) > FILE_D)
555   {
556       wksq = mirror(wksq);
557       wrsq = mirror(wrsq);
558       wpsq = mirror(wpsq);
559       bksq = mirror(bksq);
560       brsq = mirror(brsq);
561   }
562
563   File f = file_of(wpsq);
564   Rank r = rank_of(wpsq);
565   Square queeningSq = f | RANK_8;
566   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
567
568   // If the pawn is not too far advanced and the defending king defends the
569   // queening square, use the third-rank defence.
570   if (   r <= RANK_5
571       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
572       && wksq <= SQ_H5
573       && (rank_of(brsq) == RANK_6 || (r <= RANK_3 && rank_of(wrsq) != RANK_6)))
574       return SCALE_FACTOR_DRAW;
575
576   // The defending side saves a draw by checking from behind in case the pawn
577   // has advanced to the 6th rank with the king behind.
578   if (   r == RANK_6
579       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
580       && rank_of(wksq) + tempo <= RANK_6
581       && (rank_of(brsq) == RANK_1 || (!tempo && abs(file_of(brsq) - f) >= 3)))
582       return SCALE_FACTOR_DRAW;
583
584   if (   r >= RANK_6
585       && bksq == queeningSq
586       && rank_of(brsq) == RANK_1
587       && (!tempo || square_distance(wksq, wpsq) >= 2))
588       return SCALE_FACTOR_DRAW;
589
590   // White pawn on a7 and rook on a8 is a draw if black's king is on g7 or h7
591   // and the black rook is behind the pawn.
592   if (   wpsq == SQ_A7
593       && wrsq == SQ_A8
594       && (bksq == SQ_H7 || bksq == SQ_G7)
595       && file_of(brsq) == FILE_A
596       && (rank_of(brsq) <= RANK_3 || file_of(wksq) >= FILE_D || rank_of(wksq) <= RANK_5))
597       return SCALE_FACTOR_DRAW;
598
599   // If the defending king blocks the pawn and the attacking king is too far
600   // away, it's a draw.
601   if (   r <= RANK_5
602       && bksq == wpsq + DELTA_N
603       && square_distance(wksq, wpsq) - tempo >= 2
604       && square_distance(wksq, brsq) - tempo >= 2)
605       return SCALE_FACTOR_DRAW;
606
607   // Pawn on the 7th rank supported by the rook from behind usually wins if the
608   // attacking king is closer to the queening square than the defending king,
609   // and the defending king cannot gain tempi by threatening the attacking rook.
610   if (   r == RANK_7
611       && f != FILE_A
612       && file_of(wrsq) == f
613       && wrsq != queeningSq
614       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
615       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))
616       return ScaleFactor(SCALE_FACTOR_MAX - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
617
618   // Similar to the above, but with the pawn further back
619   if (   f != FILE_A
620       && file_of(wrsq) == f
621       && wrsq < wpsq
622       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
623       && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wpsq + DELTA_N) - 2 + tempo)
624       && (  square_distance(bksq, wrsq) + tempo >= 3
625           || (    square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo
626               && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))))
627       return ScaleFactor(  SCALE_FACTOR_MAX
628                          - 8 * square_distance(wpsq, queeningSq)
629                          - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
630
631   // If the pawn is not far advanced, and the defending king is somewhere in
632   // the pawn's path, it's probably a draw.
633   if (r <= RANK_4 && bksq > wpsq)
634   {
635       if (file_of(bksq) == file_of(wpsq))
636           return ScaleFactor(10);
637       if (   abs(file_of(bksq) - file_of(wpsq)) == 1
638           && square_distance(wksq, bksq) > 2)
639           return ScaleFactor(24 - 2 * square_distance(wksq, bksq));
640   }
641   return SCALE_FACTOR_NONE;
642 }
643
644
645 /// K, rook and two pawns vs K, rook and one pawn. There is only a single
646 /// pattern: If the stronger side has no passed pawns and the defending king
647 /// is actively placed, the position is drawish.
648 template<>
649 ScaleFactor Endgame<KRPPKRP>::operator()(const Position& pos) const {
650
651   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMg);
652   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide)   == RookValueMg);
653   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) == 2);
654   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 1);
655
656   Square wpsq1 = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
657   Square wpsq2 = pos.list<PAWN>(strongerSide)[1];
658   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
659
660   // Does the stronger side have a passed pawn?
661   if (   pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq1)
662       || pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq2))
663       return SCALE_FACTOR_NONE;
664
665   Rank r = std::max(relative_rank(strongerSide, wpsq1), relative_rank(strongerSide, wpsq2));
666
667   if (   file_distance(bksq, wpsq1) <= 1
668       && file_distance(bksq, wpsq2) <= 1
669       && relative_rank(strongerSide, bksq) > r)
670   {
671       switch (r) {
672       case RANK_2: return ScaleFactor(10);
673       case RANK_3: return ScaleFactor(10);
674       case RANK_4: return ScaleFactor(15);
675       case RANK_5: return ScaleFactor(20);
676       case RANK_6: return ScaleFactor(40);
677       default: assert(false);
678       }
679   }
680   return SCALE_FACTOR_NONE;
681 }
682
683
684 /// K and two or more pawns vs K. There is just a single rule here: If all pawns
685 /// are on the same rook file and are blocked by the defending king, it's a draw.
686 template<>
687 ScaleFactor Endgame<KPsK>::operator()(const Position& pos) const {
688
689   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
690   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide)   == VALUE_ZERO);
691   assert(pos.count<PAWN>(strongerSide) >= 2);
692   assert(pos.count<PAWN>(weakerSide  ) == 0);
693
694   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
695   Bitboard pawns = pos.pieces(strongerSide, PAWN);
696
697   // Are all pawns on the 'a' file?
698   if (!(pawns & ~FileABB))
699   {
700       // Does the defending king block the pawns?
701       if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1
702           || (    file_of(ksq) == FILE_A
703               && !(in_front_bb(strongerSide, rank_of(ksq)) & pawns)))
704           return SCALE_FACTOR_DRAW;
705   }
706   // Are all pawns on the 'h' file?
707   else if (!(pawns & ~FileHBB))
708   {
709     // Does the defending king block the pawns?
710     if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1
711         || (    file_of(ksq) == FILE_H
712             && !(in_front_bb(strongerSide, rank_of(ksq)) & pawns)))
713         return SCALE_FACTOR_DRAW;
714   }
715   return SCALE_FACTOR_NONE;
716 }
717
718
719 /// K, bishop and a pawn vs K and a bishop. There are two rules: If the defending
720 /// king is somewhere along the path of the pawn, and the square of the king is
721 /// not of the same color as the stronger side's bishop, it's a draw. If the two
722 /// bishops have opposite color, it's almost always a draw.
723 template<>
724 ScaleFactor Endgame<KBPKB>::operator()(const Position& pos) const {
725
726   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMg);
727   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == BishopValueMg);
728   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 1);
729   assert(pos.count<BISHOP>(weakerSide  ) == 1);
730   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 1);
731   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
732
733   Square pawnSq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
734   Square strongerBishopSq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
735   Square weakerBishopSq = pos.list<BISHOP>(weakerSide)[0];
736   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
737
738   // Case 1: Defending king blocks the pawn, and cannot be driven away
739   if (   file_of(weakerKingSq) == file_of(pawnSq)
740       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
741       && (   opposite_colors(weakerKingSq, strongerBishopSq)
742           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
743       return SCALE_FACTOR_DRAW;
744
745   // Case 2: Opposite colored bishops
746   if (opposite_colors(strongerBishopSq, weakerBishopSq))
747   {
748       // We assume that the position is drawn in the following three situations:
749       //
750       //   a. The pawn is on rank 5 or further back.
751       //   b. The defending king is somewhere in the pawn's path.
752       //   c. The defending bishop attacks some square along the pawn's path,
753       //      and is at least three squares away from the pawn.
754       //
755       // These rules are probably not perfect, but in practice they work
756       // reasonably well.
757
758       if (relative_rank(strongerSide, pawnSq) <= RANK_5)
759           return SCALE_FACTOR_DRAW;
760       else
761       {
762           Bitboard path = forward_bb(strongerSide, pawnSq);
763
764           if (path & pos.pieces(weakerSide, KING))
765               return SCALE_FACTOR_DRAW;
766
767           if (  (pos.attacks_from<BISHOP>(weakerBishopSq) & path)
768               && square_distance(weakerBishopSq, pawnSq) >= 3)
769               return SCALE_FACTOR_DRAW;
770       }
771   }
772   return SCALE_FACTOR_NONE;
773 }
774
775
776 /// K, bishop and two pawns vs K and bishop. It detects a few basic draws with
777 /// opposite-colored bishops.
778 template<>
779 ScaleFactor Endgame<KBPPKB>::operator()(const Position& pos) const {
780
781   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMg);
782   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == BishopValueMg);
783   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 1);
784   assert(pos.count<BISHOP>(weakerSide  ) == 1);
785   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 2);
786   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
787
788   Square wbsq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
789   Square bbsq = pos.list<BISHOP>(weakerSide)[0];
790
791   if (!opposite_colors(wbsq, bbsq))
792       return SCALE_FACTOR_NONE;
793
794   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
795   Square psq1 = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
796   Square psq2 = pos.list<PAWN>(strongerSide)[1];
797   Rank r1 = rank_of(psq1);
798   Rank r2 = rank_of(psq2);
799   Square blockSq1, blockSq2;
800
801   if (relative_rank(strongerSide, psq1) > relative_rank(strongerSide, psq2))
802   {
803       blockSq1 = psq1 + pawn_push(strongerSide);
804       blockSq2 = file_of(psq2) | rank_of(psq1);
805   }
806   else
807   {
808       blockSq1 = psq2 + pawn_push(strongerSide);
809       blockSq2 = file_of(psq1) | rank_of(psq2);
810   }
811
812   switch (file_distance(psq1, psq2))
813   {
814   case 0:
815     // Both pawns are on the same file. Easy draw if defender firmly controls
816     // some square in the frontmost pawn's path.
817     if (   file_of(ksq) == file_of(blockSq1)
818         && relative_rank(strongerSide, ksq) >= relative_rank(strongerSide, blockSq1)
819         && opposite_colors(ksq, wbsq))
820         return SCALE_FACTOR_DRAW;
821     else
822         return SCALE_FACTOR_NONE;
823
824   case 1:
825     // Pawns on adjacent files. Draw if defender firmly controls the square
826     // in front of the frontmost pawn's path, and the square diagonally behind
827     // this square on the file of the other pawn.
828     if (   ksq == blockSq1
829         && opposite_colors(ksq, wbsq)
830         && (   bbsq == blockSq2
831             || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq2) & pos.pieces(weakerSide, BISHOP))
832             || abs(r1 - r2) >= 2))
833         return SCALE_FACTOR_DRAW;
834
835     else if (   ksq == blockSq2
836              && opposite_colors(ksq, wbsq)
837              && (   bbsq == blockSq1
838                  || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq1) & pos.pieces(weakerSide, BISHOP))))
839         return SCALE_FACTOR_DRAW;
840     else
841         return SCALE_FACTOR_NONE;
842
843   default:
844     // The pawns are not on the same file or adjacent files. No scaling.
845     return SCALE_FACTOR_NONE;
846   }
847 }
848
849
850 /// K, bisop and a pawn vs K and knight. There is a single rule: If the defending
851 /// king is somewhere along the path of the pawn, and the square of the king is
852 /// not of the same color as the stronger side's bishop, it's a draw.
853 template<>
854 ScaleFactor Endgame<KBPKN>::operator()(const Position& pos) const {
855
856   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMg);
857   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == KnightValueMg);
858   assert(pos.count<BISHOP>(strongerSide) == 1);
859   assert(pos.count<KNIGHT>(weakerSide  ) == 1);
860   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 1);
861   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
862
863   Square pawnSq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
864   Square strongerBishopSq = pos.list<BISHOP>(strongerSide)[0];
865   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
866
867   if (   file_of(weakerKingSq) == file_of(pawnSq)
868       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
869       && (   opposite_colors(weakerKingSq, strongerBishopSq)
870           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
871       return SCALE_FACTOR_DRAW;
872
873   return SCALE_FACTOR_NONE;
874 }
875
876
877 /// K, knight and a pawn vs K. There is a single rule: If the pawn is a rook pawn
878 /// on the 7th rank and the defending king prevents the pawn from advancing, the
879 /// position is drawn.
880 template<>
881 ScaleFactor Endgame<KNPK>::operator()(const Position& pos) const {
882
883   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMg);
884   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == VALUE_ZERO);
885   assert(pos.count<KNIGHT>(strongerSide) == 1);
886   assert(pos.count<  PAWN>(strongerSide) == 1);
887   assert(pos.count<  PAWN>(weakerSide  ) == 0);
888
889   Square pawnSq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
890   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
891
892   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_A7)
893       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1)
894       return SCALE_FACTOR_DRAW;
895
896   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_H7)
897       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1)
898       return SCALE_FACTOR_DRAW;
899
900   return SCALE_FACTOR_NONE;
901 }
902
903
904 /// K, knight and a pawn vs K and bishop. If knight can block bishop from taking
905 /// pawn, it's a win. Otherwise, drawn.
906 template<>
907 ScaleFactor Endgame<KNPKB>::operator()(const Position& pos) const {
908
909   Square pawnSq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
910   Square bishopSq = pos.list<BISHOP>(weakerSide)[0];
911   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
912
913   // King needs to get close to promoting pawn to prevent knight from blocking.
914   // Rules for this are very tricky, so just approximate.
915   if (forward_bb(strongerSide, pawnSq) & pos.attacks_from<BISHOP>(bishopSq))
916       return ScaleFactor(square_distance(weakerKingSq, pawnSq));
917
918   return SCALE_FACTOR_NONE;
919 }
920
921
922 /// K and a pawn vs K and a pawn. This is done by removing the weakest side's
923 /// pawn and probing the KP vs K bitbase: If the weakest side has a draw without
924 /// the pawn, she probably has at least a draw with the pawn as well. The exception
925 /// is when the stronger side's pawn is far advanced and not on a rook file; in
926 /// this case it is often possible to win (e.g. 8/4k3/3p4/3P4/6K1/8/8/8 w - - 0 1).
927 template<>
928 ScaleFactor Endgame<KPKP>::operator()(const Position& pos) const {
929
930   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
931   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide  ) == VALUE_ZERO);
932   assert(pos.count<PAWN>(WHITE) == 1);
933   assert(pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
934
935   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
936   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
937   Square wpsq = pos.list<PAWN>(strongerSide)[0];
938   Color us = pos.side_to_move();
939
940   if (strongerSide == BLACK)
941   {
942       wksq = ~wksq;
943       bksq = ~bksq;
944       wpsq = ~wpsq;
945       us   = ~us;
946   }
947
948   if (file_of(wpsq) >= FILE_E)
949   {
950       wksq = mirror(wksq);
951       bksq = mirror(bksq);
952       wpsq = mirror(wpsq);
953   }
954
955   // If the pawn has advanced to the fifth rank or further, and is not a
956   // rook pawn, it's too dangerous to assume that it's at least a draw.
957   if (   rank_of(wpsq) >= RANK_5
958       && file_of(wpsq) != FILE_A)
959       return SCALE_FACTOR_NONE;
960
961   // Probe the KPK bitbase with the weakest side's pawn removed. If it's a draw,
962   // it's probably at least a draw even with the pawn.
963   return Bitbases::probe_kpk(wksq, wpsq, bksq, us) ? SCALE_FACTOR_NONE : SCALE_FACTOR_DRAW;
964 }