ec54d4e69ea5114265e0d47d05a4fd0cc68f2c4b
[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) 2008-2012 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 "bitcount.h"
24 #include "endgame.h"
25 #include "movegen.h"
26
27 using std::string;
28
29 extern uint32_t probe_kpk_bitbase(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm);
30
31 namespace {
32
33   // Table used to drive the defending king towards the edge of the board
34   // in KX vs K and KQ vs KR endgames.
35   const int MateTable[64] = {
36     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
37      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
38      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
39      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
40      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
41      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
42      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
43     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
44   };
45
46   // Table used to drive the defending king towards a corner square of the
47   // right color in KBN vs K endgames.
48   const int KBNKMateTable[64] = {
49     200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130,
50     190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 140,
51     180, 170, 155, 140, 140, 125, 140, 150,
52     170, 160, 140, 120, 110, 140, 150, 160,
53     160, 150, 140, 110, 120, 140, 160, 170,
54     150, 140, 125, 140, 140, 155, 170, 180,
55     140, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190,
56     130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200
57   };
58
59   // The attacking side is given a descending bonus based on distance between
60   // the two kings in basic endgames.
61   const int DistanceBonus[8] = { 0, 0, 100, 80, 60, 40, 20, 10 };
62
63   // Get the material key of a Position out of the given endgame key code
64   // like "KBPKN". The trick here is to first forge an ad-hoc fen string
65   // and then let a Position object to do the work for us. Note that the
66   // fen string could correspond to an illegal position.
67   Key key(const string& code, Color c) {
68
69     assert(code.length() > 0 && code.length() < 8);
70     assert(code[0] == 'K');
71
72     string sides[] = { code.substr(code.find('K', 1)),      // Weaker
73                        code.substr(0, code.find('K', 1)) }; // Stronger
74
75     transform(sides[c].begin(), sides[c].end(), sides[c].begin(), tolower);
76
77     string fen =  sides[0] + char('0' + int(8 - code.length()))
78                 + sides[1] + "/8/8/8/8/8/8/8 w - - 0 10";
79
80     return Position(fen, false, 0).material_key();
81   }
82
83   template<typename M>
84   void delete_endgame(const typename M::value_type& p) { delete p.second; }
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<KQKR>("KQKR");
100   add<KBBKN>("KBBKN");
101
102   add<KNPK>("KNPK");
103   add<KRPKR>("KRPKR");
104   add<KBPKB>("KBPKB");
105   add<KBPKN>("KBPKN");
106   add<KBPPKB>("KBPPKB");
107   add<KRPPKRP>("KRPPKRP");
108 }
109
110 Endgames::~Endgames() {
111
112   for_each(m1.begin(), m1.end(), delete_endgame<M1>);
113   for_each(m2.begin(), m2.end(), delete_endgame<M2>);
114 }
115
116 template<EndgameType E>
117 void Endgames::add(const string& code) {
118
119   typedef typename eg_family<E>::type T;
120
121   map((T*)0)[key(code, WHITE)] = new Endgame<E>(WHITE);
122   map((T*)0)[key(code, BLACK)] = new Endgame<E>(BLACK);
123 }
124
125
126 /// Mate with KX vs K. This function is used to evaluate positions with
127 /// King and plenty of material vs a lone king. It simply gives the
128 /// attacking side a bonus for driving the defending king towards the edge
129 /// of the board, and for keeping the distance between the two kings small.
130 template<>
131 Value Endgame<KXK>::operator()(const Position& pos) const {
132
133   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
134   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == VALUE_ZERO);
135
136         // Stalemate detection with lone king
137   if (    pos.side_to_move() == weakerSide
138       && !pos.in_check()
139       && !MoveList<MV_LEGAL>(pos).size()) {
140     return VALUE_DRAW;
141   }
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.piece_count(strongerSide, PAWN) * PawnValueEndgame
148                  + MateTable[loserKSq]
149                  + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)];
150
151   if (   pos.piece_count(strongerSide, QUEEN)
152       || pos.piece_count(strongerSide, ROOK)
153       || pos.both_color_bishops(strongerSide)) {
154     result += VALUE_KNOWN_WIN;
155   }
156
157   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
158 }
159
160
161 /// Mate with KBN vs K. This is similar to KX vs K, but we have to drive the
162 /// defending king towards a corner square of the right color.
163 template<>
164 Value Endgame<KBNK>::operator()(const Position& pos) const {
165
166   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
167   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == VALUE_ZERO);
168   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMidgame + BishopValueMidgame);
169   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
170   assert(pos.piece_count(strongerSide, KNIGHT) == 1);
171   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
172
173   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
174   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
175   Square bishopSquare = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP)[0];
176
177   // kbnk_mate_table() tries to drive toward corners A1 or H8,
178   // if we have a bishop that cannot reach the above squares we
179   // mirror the kings so to drive enemy toward corners A8 or H1.
180   if (opposite_colors(bishopSquare, SQ_A1))
181   {
182       winnerKSq = mirror(winnerKSq);
183       loserKSq = mirror(loserKSq);
184   }
185
186   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
187                 + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)]
188                 + KBNKMateTable[loserKSq];
189
190   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
191 }
192
193
194 /// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase.
195 template<>
196 Value Endgame<KPK>::operator()(const Position& pos) const {
197
198   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
199   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
200   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
201   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
202
203   Square wksq, bksq, wpsq;
204   Color stm;
205
206   if (strongerSide == WHITE)
207   {
208       wksq = pos.king_square(WHITE);
209       bksq = pos.king_square(BLACK);
210       wpsq = pos.piece_list(WHITE, PAWN)[0];
211       stm = pos.side_to_move();
212   }
213   else
214   {
215       wksq = ~pos.king_square(BLACK);
216       bksq = ~pos.king_square(WHITE);
217       wpsq = ~pos.piece_list(BLACK, PAWN)[0];
218       stm  = ~pos.side_to_move();
219   }
220
221   if (file_of(wpsq) >= FILE_E)
222   {
223       wksq = mirror(wksq);
224       bksq = mirror(bksq);
225       wpsq = mirror(wpsq);
226   }
227
228   if (!probe_kpk_bitbase(wksq, wpsq, bksq, stm))
229       return VALUE_DRAW;
230
231   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
232                 + PawnValueEndgame
233                 + Value(rank_of(wpsq));
234
235   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
236 }
237
238
239 /// KR vs KP. This is a somewhat tricky endgame to evaluate precisely without
240 /// a bitbase. The function below returns drawish scores when the pawn is
241 /// far advanced with support of the king, while the attacking king is far
242 /// away.
243 template<>
244 Value Endgame<KRKP>::operator()(const Position& pos) const {
245
246   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
247   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
248   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == 0);
249   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 1);
250
251   Square wksq, wrsq, bksq, bpsq;
252   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
253
254   wksq = pos.king_square(strongerSide);
255   wrsq = pos.piece_list(strongerSide, ROOK)[0];
256   bksq = pos.king_square(weakerSide);
257   bpsq = pos.piece_list(weakerSide, PAWN)[0];
258
259   if (strongerSide == BLACK)
260   {
261       wksq = ~wksq;
262       wrsq = ~wrsq;
263       bksq = ~bksq;
264       bpsq = ~bpsq;
265   }
266
267   Square queeningSq = make_square(file_of(bpsq), RANK_1);
268   Value result;
269
270   // If the stronger side's king is in front of the pawn, it's a win
271   if (wksq < bpsq && file_of(wksq) == file_of(bpsq))
272       result = RookValueEndgame - Value(square_distance(wksq, bpsq));
273
274   // If the weaker side's king is too far from the pawn and the rook,
275   // it's a win
276   else if (   square_distance(bksq, bpsq) - (tempo ^ 1) >= 3
277            && square_distance(bksq, wrsq) >= 3)
278       result = RookValueEndgame - Value(square_distance(wksq, bpsq));
279
280   // If the pawn is far advanced and supported by the defending king,
281   // the position is drawish
282   else if (   rank_of(bksq) <= RANK_3
283            && square_distance(bksq, bpsq) == 1
284            && rank_of(wksq) >= RANK_4
285            && square_distance(wksq, bpsq) - tempo > 2)
286       result = Value(80 - square_distance(wksq, bpsq) * 8);
287
288   else
289       result =  Value(200)
290               - Value(square_distance(wksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
291               + Value(square_distance(bksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
292               + Value(square_distance(bpsq, queeningSq) * 8);
293
294   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
295 }
296
297
298 /// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores.  The
299 /// score is slightly bigger when the defending king is close to the edge.
300 template<>
301 Value Endgame<KRKB>::operator()(const Position& pos) const {
302
303   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
304   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
305   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
306   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
307   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
308
309   Value result = Value(MateTable[pos.king_square(weakerSide)]);
310   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
311 }
312
313
314 /// KR vs KN.  The attacking side has slightly better winning chances than
315 /// in KR vs KB, particularly if the king and the knight are far apart.
316 template<>
317 Value Endgame<KRKN>::operator()(const Position& pos) const {
318
319   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
320   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
321   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
322   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
323   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
324
325   const int penalty[8] = { 0, 10, 14, 20, 30, 42, 58, 80 };
326
327   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
328   Square bnsq = pos.piece_list(weakerSide, KNIGHT)[0];
329   Value result = Value(MateTable[bksq] + penalty[square_distance(bksq, bnsq)]);
330   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
331 }
332
333
334 /// KQ vs KR.  This is almost identical to KX vs K:  We give the attacking
335 /// king a bonus for having the kings close together, and for forcing the
336 /// defending king towards the edge.  If we also take care to avoid null move
337 /// for the defending side in the search, this is usually sufficient to be
338 /// able to win KQ vs KR.
339 template<>
340 Value Endgame<KQKR>::operator()(const Position& pos) const {
341
342   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMidgame);
343   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
344   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
345   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
346
347   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
348   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
349
350   Value result =  QueenValueEndgame
351                 - RookValueEndgame
352                 + MateTable[loserKSq]
353                 + DistanceBonus[square_distance(winnerKSq, loserKSq)];
354
355   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
356 }
357
358 template<>
359 Value Endgame<KBBKN>::operator()(const Position& pos) const {
360
361   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 2);
362   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == 2*BishopValueMidgame);
363   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
364   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
365   assert(!pos.pieces(PAWN));
366
367   Value result = BishopValueEndgame;
368   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
369   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
370   Square nsq = pos.piece_list(weakerSide, KNIGHT)[0];
371
372   // Bonus for attacking king close to defending king
373   result += Value(DistanceBonus[square_distance(wksq, bksq)]);
374
375   // Bonus for driving the defending king and knight apart
376   result += Value(square_distance(bksq, nsq) * 32);
377
378   // Bonus for restricting the knight's mobility
379   result += Value((8 - popcount<Max15>(pos.attacks_from<KNIGHT>(nsq))) * 8);
380
381   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
382 }
383
384
385 /// K and two minors vs K and one or two minors or K and two knights against
386 /// king alone are always draw.
387 template<>
388 Value Endgame<KmmKm>::operator()(const Position&) const {
389   return VALUE_DRAW;
390 }
391
392 template<>
393 Value Endgame<KNNK>::operator()(const Position&) const {
394   return VALUE_DRAW;
395 }
396
397 /// K, bishop and one or more pawns vs K. It checks for draws with rook pawns and
398 /// a bishop of the wrong color. If such a draw is detected, SCALE_FACTOR_DRAW
399 /// is returned. If not, the return value is SCALE_FACTOR_NONE, i.e. no scaling
400 /// will be used.
401 template<>
402 ScaleFactor Endgame<KBPsK>::operator()(const Position& pos) const {
403
404   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
405   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
406   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) >= 1);
407
408   // No assertions about the material of weakerSide, because we want draws to
409   // be detected even when the weaker side has some pawns.
410
411   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, strongerSide);
412   File pawnFile = file_of(pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0]);
413
414   // All pawns are on a single rook file ?
415   if (   (pawnFile == FILE_A || pawnFile == FILE_H)
416       && !(pawns & ~file_bb(pawnFile)))
417   {
418       Square bishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP)[0];
419       Square queeningSq = relative_square(strongerSide, make_square(pawnFile, RANK_8));
420       Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
421
422       if (   opposite_colors(queeningSq, bishopSq)
423           && abs(file_of(kingSq) - pawnFile) <= 1)
424       {
425           // The bishop has the wrong color, and the defending king is on the
426           // file of the pawn(s) or the adjacent file. Find the rank of the
427           // frontmost pawn.
428           Rank rank;
429           if (strongerSide == WHITE)
430           {
431               for (rank = RANK_7; !(rank_bb(rank) & pawns); rank--) {}
432               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
433           }
434           else
435           {
436               for (rank = RANK_2; !(rank_bb(rank) & pawns); rank++) {}
437               rank = Rank(rank ^ 7);  // HACK to get the relative rank
438               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
439           }
440           // If the defending king has distance 1 to the promotion square or
441           // is placed somewhere in front of the pawn, it's a draw.
442           if (   square_distance(kingSq, queeningSq) <= 1
443               || relative_rank(strongerSide, kingSq) >= rank)
444               return SCALE_FACTOR_DRAW;
445       }
446   }
447   return SCALE_FACTOR_NONE;
448 }
449
450
451 /// K and queen vs K, rook and one or more pawns. It tests for fortress draws with
452 /// a rook on the third rank defended by a pawn.
453 template<>
454 ScaleFactor Endgame<KQKRPs>::operator()(const Position& pos) const {
455
456   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMidgame);
457   assert(pos.piece_count(strongerSide, QUEEN) == 1);
458   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
459   assert(pos.piece_count(weakerSide, ROOK) == 1);
460   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) >= 1);
461
462   Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
463   if (   relative_rank(weakerSide, kingSq) <= RANK_2
464       && relative_rank(weakerSide, pos.king_square(strongerSide)) >= RANK_4
465       && (pos.pieces(ROOK, weakerSide) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_3)))
466       && (pos.pieces(PAWN, weakerSide) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_2)))
467       && (pos.attacks_from<KING>(kingSq) & pos.pieces(PAWN, weakerSide)))
468   {
469       Square rsq = pos.piece_list(weakerSide, ROOK)[0];
470       if (pos.attacks_from<PAWN>(rsq, strongerSide) & pos.pieces(PAWN, weakerSide))
471           return SCALE_FACTOR_DRAW;
472   }
473   return SCALE_FACTOR_NONE;
474 }
475
476
477 /// K, rook and one pawn vs K and a rook. This function knows a handful of the
478 /// most important classes of drawn positions, but is far from perfect. It would
479 /// probably be a good idea to add more knowledge in the future.
480 ///
481 /// It would also be nice to rewrite the actual code for this function,
482 /// which is mostly copied from Glaurung 1.x, and not very pretty.
483 template<>
484 ScaleFactor Endgame<KRPKR>::operator()(const Position& pos) const {
485
486   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
487   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
488   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
489   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
490
491   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
492   Square wrsq = pos.piece_list(strongerSide, ROOK)[0];
493   Square wpsq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
494   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
495   Square brsq = pos.piece_list(weakerSide, ROOK)[0];
496
497   // Orient the board in such a way that the stronger side is white, and the
498   // pawn is on the left half of the board.
499   if (strongerSide == BLACK)
500   {
501       wksq = ~wksq;
502       wrsq = ~wrsq;
503       wpsq = ~wpsq;
504       bksq = ~bksq;
505       brsq = ~brsq;
506   }
507   if (file_of(wpsq) > FILE_D)
508   {
509       wksq = mirror(wksq);
510       wrsq = mirror(wrsq);
511       wpsq = mirror(wpsq);
512       bksq = mirror(bksq);
513       brsq = mirror(brsq);
514   }
515
516   File f = file_of(wpsq);
517   Rank r = rank_of(wpsq);
518   Square queeningSq = make_square(f, RANK_8);
519   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
520
521   // If the pawn is not too far advanced and the defending king defends the
522   // queening square, use the third-rank defence.
523   if (   r <= RANK_5
524       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
525       && wksq <= SQ_H5
526       && (rank_of(brsq) == RANK_6 || (r <= RANK_3 && rank_of(wrsq) != RANK_6)))
527       return SCALE_FACTOR_DRAW;
528
529   // The defending side saves a draw by checking from behind in case the pawn
530   // has advanced to the 6th rank with the king behind.
531   if (   r == RANK_6
532       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
533       && rank_of(wksq) + tempo <= RANK_6
534       && (rank_of(brsq) == RANK_1 || (!tempo && abs(file_of(brsq) - f) >= 3)))
535       return SCALE_FACTOR_DRAW;
536
537   if (   r >= RANK_6
538       && bksq == queeningSq
539       && rank_of(brsq) == RANK_1
540       && (!tempo || square_distance(wksq, wpsq) >= 2))
541       return SCALE_FACTOR_DRAW;
542
543   // White pawn on a7 and rook on a8 is a draw if black's king is on g7 or h7
544   // and the black rook is behind the pawn.
545   if (   wpsq == SQ_A7
546       && wrsq == SQ_A8
547       && (bksq == SQ_H7 || bksq == SQ_G7)
548       && file_of(brsq) == FILE_A
549       && (rank_of(brsq) <= RANK_3 || file_of(wksq) >= FILE_D || rank_of(wksq) <= RANK_5))
550       return SCALE_FACTOR_DRAW;
551
552   // If the defending king blocks the pawn and the attacking king is too far
553   // away, it's a draw.
554   if (   r <= RANK_5
555       && bksq == wpsq + DELTA_N
556       && square_distance(wksq, wpsq) - tempo >= 2
557       && square_distance(wksq, brsq) - tempo >= 2)
558       return SCALE_FACTOR_DRAW;
559
560   // Pawn on the 7th rank supported by the rook from behind usually wins if the
561   // attacking king is closer to the queening square than the defending king,
562   // and the defending king cannot gain tempi by threatening the attacking rook.
563   if (   r == RANK_7
564       && f != FILE_A
565       && file_of(wrsq) == f
566       && wrsq != queeningSq
567       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
568       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))
569       return ScaleFactor(SCALE_FACTOR_MAX - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
570
571   // Similar to the above, but with the pawn further back
572   if (   f != FILE_A
573       && file_of(wrsq) == f
574       && wrsq < wpsq
575       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
576       && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wpsq + DELTA_N) - 2 + tempo)
577       && (  square_distance(bksq, wrsq) + tempo >= 3
578           || (    square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo
579               && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))))
580       return ScaleFactor(  SCALE_FACTOR_MAX
581                          - 8 * square_distance(wpsq, queeningSq)
582                          - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
583
584   // If the pawn is not far advanced, and the defending king is somewhere in
585   // the pawn's path, it's probably a draw.
586   if (r <= RANK_4 && bksq > wpsq)
587   {
588       if (file_of(bksq) == file_of(wpsq))
589           return ScaleFactor(10);
590       if (   abs(file_of(bksq) - file_of(wpsq)) == 1
591           && square_distance(wksq, bksq) > 2)
592           return ScaleFactor(24 - 2 * square_distance(wksq, bksq));
593   }
594   return SCALE_FACTOR_NONE;
595 }
596
597
598 /// K, rook and two pawns vs K, rook and one pawn. There is only a single
599 /// pattern: If the stronger side has no passed pawns and the defending king
600 /// is actively placed, the position is drawish.
601 template<>
602 ScaleFactor Endgame<KRPPKRP>::operator()(const Position& pos) const {
603
604   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
605   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 2);
606   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
607   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 1);
608
609   Square wpsq1 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
610   Square wpsq2 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[1];
611   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
612
613   // Does the stronger side have a passed pawn?
614   if (   pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq1)
615       || pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq2))
616       return SCALE_FACTOR_NONE;
617
618   Rank r = std::max(relative_rank(strongerSide, wpsq1), relative_rank(strongerSide, wpsq2));
619
620   if (   file_distance(bksq, wpsq1) <= 1
621       && file_distance(bksq, wpsq2) <= 1
622       && relative_rank(strongerSide, bksq) > r)
623   {
624       switch (r) {
625       case RANK_2: return ScaleFactor(10);
626       case RANK_3: return ScaleFactor(10);
627       case RANK_4: return ScaleFactor(15);
628       case RANK_5: return ScaleFactor(20);
629       case RANK_6: return ScaleFactor(40);
630       default: assert(false);
631       }
632   }
633   return SCALE_FACTOR_NONE;
634 }
635
636
637 /// K and two or more pawns vs K. There is just a single rule here: If all pawns
638 /// are on the same rook file and are blocked by the defending king, it's a draw.
639 template<>
640 ScaleFactor Endgame<KPsK>::operator()(const Position& pos) const {
641
642   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
643   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) >= 2);
644   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
645   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
646
647   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
648   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, strongerSide);
649
650   // Are all pawns on the 'a' file?
651   if (!(pawns & ~FileABB))
652   {
653       // Does the defending king block the pawns?
654       if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1
655           || (   file_of(ksq) == FILE_A
656               && !in_front_bb(strongerSide, ksq) & pawns))
657           return SCALE_FACTOR_DRAW;
658   }
659   // Are all pawns on the 'h' file?
660   else if (!(pawns & ~FileHBB))
661   {
662     // Does the defending king block the pawns?
663     if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1
664         || (   file_of(ksq) == FILE_H
665             && !in_front_bb(strongerSide, ksq) & pawns))
666         return SCALE_FACTOR_DRAW;
667   }
668   return SCALE_FACTOR_NONE;
669 }
670
671
672 /// K, bishop and a pawn vs K and a bishop. There are two rules: If the defending
673 /// king is somewhere along the path of the pawn, and the square of the king is
674 /// not of the same color as the stronger side's bishop, it's a draw. If the two
675 /// bishops have opposite color, it's almost always a draw.
676 template<>
677 ScaleFactor Endgame<KBPKB>::operator()(const Position& pos) const {
678
679   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
680   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
681   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
682   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
683   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
684   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
685
686   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
687   Square strongerBishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP)[0];
688   Square weakerBishopSq = pos.piece_list(weakerSide, BISHOP)[0];
689   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
690
691   // Case 1: Defending king blocks the pawn, and cannot be driven away
692   if (   file_of(weakerKingSq) == file_of(pawnSq)
693       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
694       && (   opposite_colors(weakerKingSq, strongerBishopSq)
695           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
696       return SCALE_FACTOR_DRAW;
697
698   // Case 2: Opposite colored bishops
699   if (opposite_colors(strongerBishopSq, weakerBishopSq))
700   {
701       // We assume that the position is drawn in the following three situations:
702       //
703       //   a. The pawn is on rank 5 or further back.
704       //   b. The defending king is somewhere in the pawn's path.
705       //   c. The defending bishop attacks some square along the pawn's path,
706       //      and is at least three squares away from the pawn.
707       //
708       // These rules are probably not perfect, but in practice they work
709       // reasonably well.
710
711       if (relative_rank(strongerSide, pawnSq) <= RANK_5)
712           return SCALE_FACTOR_DRAW;
713       else
714       {
715           Bitboard path = squares_in_front_of(strongerSide, pawnSq);
716
717           if (path & pos.pieces(KING, weakerSide))
718               return SCALE_FACTOR_DRAW;
719
720           if (  (pos.attacks_from<BISHOP>(weakerBishopSq) & path)
721               && square_distance(weakerBishopSq, pawnSq) >= 3)
722               return SCALE_FACTOR_DRAW;
723       }
724   }
725   return SCALE_FACTOR_NONE;
726 }
727
728
729 /// K, bishop and two pawns vs K and bishop. It detects a few basic draws with
730 /// opposite-colored bishops.
731 template<>
732 ScaleFactor Endgame<KBPPKB>::operator()(const Position& pos) const {
733
734   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
735   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
736   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 2);
737   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
738   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
739   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
740
741   Square wbsq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP)[0];
742   Square bbsq = pos.piece_list(weakerSide, BISHOP)[0];
743
744   if (!opposite_colors(wbsq, bbsq))
745       return SCALE_FACTOR_NONE;
746
747   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
748   Square psq1 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
749   Square psq2 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[1];
750   Rank r1 = rank_of(psq1);
751   Rank r2 = rank_of(psq2);
752   Square blockSq1, blockSq2;
753
754   if (relative_rank(strongerSide, psq1) > relative_rank(strongerSide, psq2))
755   {
756       blockSq1 = psq1 + pawn_push(strongerSide);
757       blockSq2 = make_square(file_of(psq2), rank_of(psq1));
758   }
759   else
760   {
761       blockSq1 = psq2 + pawn_push(strongerSide);
762       blockSq2 = make_square(file_of(psq1), rank_of(psq2));
763   }
764
765   switch (file_distance(psq1, psq2))
766   {
767   case 0:
768     // Both pawns are on the same file. Easy draw if defender firmly controls
769     // some square in the frontmost pawn's path.
770     if (   file_of(ksq) == file_of(blockSq1)
771         && relative_rank(strongerSide, ksq) >= relative_rank(strongerSide, blockSq1)
772         && opposite_colors(ksq, wbsq))
773         return SCALE_FACTOR_DRAW;
774     else
775         return SCALE_FACTOR_NONE;
776
777   case 1:
778     // Pawns on adjacent files. Draw if defender firmly controls the square
779     // in front of the frontmost pawn's path, and the square diagonally behind
780     // this square on the file of the other pawn.
781     if (   ksq == blockSq1
782         && opposite_colors(ksq, wbsq)
783         && (   bbsq == blockSq2
784             || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq2) & pos.pieces(BISHOP, weakerSide))
785             || abs(r1 - r2) >= 2))
786         return SCALE_FACTOR_DRAW;
787
788     else if (   ksq == blockSq2
789              && opposite_colors(ksq, wbsq)
790              && (   bbsq == blockSq1
791                  || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq1) & pos.pieces(BISHOP, weakerSide))))
792         return SCALE_FACTOR_DRAW;
793     else
794         return SCALE_FACTOR_NONE;
795
796   default:
797     // The pawns are not on the same file or adjacent files. No scaling.
798     return SCALE_FACTOR_NONE;
799   }
800 }
801
802
803 /// K, bisop and a pawn vs K and knight. There is a single rule: If the defending
804 /// king is somewhere along the path of the pawn, and the square of the king is
805 /// not of the same color as the stronger side's bishop, it's a draw.
806 template<>
807 ScaleFactor Endgame<KBPKN>::operator()(const Position& pos) const {
808
809   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
810   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
811   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
812   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
813   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
814   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
815
816   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
817   Square strongerBishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP)[0];
818   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
819
820   if (   file_of(weakerKingSq) == file_of(pawnSq)
821       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
822       && (   opposite_colors(weakerKingSq, strongerBishopSq)
823           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
824       return SCALE_FACTOR_DRAW;
825
826   return SCALE_FACTOR_NONE;
827 }
828
829
830 /// K, knight and a pawn vs K. There is a single rule: If the pawn is a rook pawn
831 /// on the 7th rank and the defending king prevents the pawn from advancing, the
832 /// position is drawn.
833 template<>
834 ScaleFactor Endgame<KNPK>::operator()(const Position& pos) const {
835
836   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMidgame);
837   assert(pos.piece_count(strongerSide, KNIGHT) == 1);
838   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
839   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
840   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
841
842   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
843   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
844
845   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_A7)
846       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1)
847       return SCALE_FACTOR_DRAW;
848
849   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_H7)
850       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1)
851       return SCALE_FACTOR_DRAW;
852
853   return SCALE_FACTOR_NONE;
854 }
855
856
857 /// K and a pawn vs K and a pawn. This is done by removing the weakest side's
858 /// pawn and probing the KP vs K bitbase: If the weakest side has a draw without
859 /// the pawn, she probably has at least a draw with the pawn as well. The exception
860 /// is when the stronger side's pawn is far advanced and not on a rook file; in
861 /// this case it is often possible to win (e.g. 8/4k3/3p4/3P4/6K1/8/8/8 w - - 0 1).
862 template<>
863 ScaleFactor Endgame<KPKP>::operator()(const Position& pos) const {
864
865   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
866   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
867   assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1);
868   assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1);
869
870   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
871   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
872   Square wpsq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN)[0];
873   Color stm = pos.side_to_move();
874
875   if (strongerSide == BLACK)
876   {
877       wksq = ~wksq;
878       bksq = ~bksq;
879       wpsq = ~wpsq;
880       stm  = ~stm;
881   }
882
883   if (file_of(wpsq) >= FILE_E)
884   {
885       wksq = mirror(wksq);
886       bksq = mirror(bksq);
887       wpsq = mirror(wpsq);
888   }
889
890   // If the pawn has advanced to the fifth rank or further, and is not a
891   // rook pawn, it's too dangerous to assume that it's at least a draw.
892   if (   rank_of(wpsq) >= RANK_5
893       && file_of(wpsq) != FILE_A)
894       return SCALE_FACTOR_NONE;
895
896   // Probe the KPK bitbase with the weakest side's pawn removed. If it's a draw,
897   // it's probably at least a draw even with the pawn.
898   return probe_kpk_bitbase(wksq, wpsq, bksq, stm) ? SCALE_FACTOR_NONE : SCALE_FACTOR_DRAW;
899 }