Additional cleanup in bitbase.cpp
[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) 2008-2010 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 <cassert>
21
22 #include "bitcount.h"
23 #include "endgame.h"
24 #include "pawns.h"
25
26 extern uint32_t probe_kpk_bitbase(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color stm);
27
28 namespace {
29
30   // Table used to drive the defending king towards the edge of the board
31   // in KX vs K and KQ vs KR endgames.
32   const uint8_t MateTable[64] = {
33     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
34      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
35      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
36      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
37      70, 50, 30, 20, 20, 30, 50,  70,
38      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
39      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
40     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
41   };
42
43   // Table used to drive the defending king towards a corner square of the
44   // right color in KBN vs K endgames.
45   const uint8_t KBNKMateTable[64] = {
46     200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130,
47     190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 140,
48     180, 170, 155, 140, 140, 125, 140, 150,
49     170, 160, 140, 120, 110, 140, 150, 160,
50     160, 150, 140, 110, 120, 140, 160, 170,
51     150, 140, 125, 140, 140, 155, 170, 180,
52     140, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190,
53     130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200
54   };
55
56   // The attacking side is given a descending bonus based on distance between
57   // the two kings in basic endgames.
58   const int DistanceBonus[8] = { 0, 0, 100, 80, 60, 40, 20, 10 };
59
60   // Penalty for big distance between king and knight for the defending king
61   // and knight in KR vs KN endgames.
62   const int KRKNKingKnightDistancePenalty[8] = { 0, 0, 4, 10, 20, 32, 48, 70 };
63
64   // Various inline functions for accessing the above arrays
65   inline Value mate_table(Square s) {
66     return Value(MateTable[s]);
67   }
68
69   inline Value kbnk_mate_table(Square s) {
70     return Value(KBNKMateTable[s]);
71   }
72
73   inline Value distance_bonus(int d) {
74     return Value(DistanceBonus[d]);
75   }
76
77   inline Value krkn_king_knight_distance_penalty(int d) {
78     return Value(KRKNKingKnightDistancePenalty[d]);
79   }
80
81 }
82
83
84 /// Mate with KX vs K. This function is used to evaluate positions with
85 /// King and plenty of material vs a lone king. It simply gives the
86 /// attacking side a bonus for driving the defending king towards the edge
87 /// of the board, and for keeping the distance between the two kings small.
88 template<>
89 Value EvaluationFunction<KXK>::apply(const Position& pos) const {
90
91   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
92   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == VALUE_ZERO);
93
94   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
95   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
96
97   Value result =   pos.non_pawn_material(strongerSide)
98                  + pos.piece_count(strongerSide, PAWN) * PawnValueEndgame
99                  + mate_table(loserKSq)
100                  + distance_bonus(square_distance(winnerKSq, loserKSq));
101
102   if (   pos.piece_count(strongerSide, QUEEN)
103       || pos.piece_count(strongerSide, ROOK)
104       || pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) > 1)
105       // TODO: check for two equal-colored bishops!
106       result += VALUE_KNOWN_WIN;
107
108   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
109 }
110
111
112 /// Mate with KBN vs K. This is similar to KX vs K, but we have to drive the
113 /// defending king towards a corner square of the right color.
114 template<>
115 Value EvaluationFunction<KBNK>::apply(const Position& pos) const {
116
117   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
118   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == VALUE_ZERO);
119   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMidgame + BishopValueMidgame);
120   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
121   assert(pos.piece_count(strongerSide, KNIGHT) == 1);
122   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
123
124   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
125   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
126   Square bishopSquare = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP, 0);
127
128   // kbnk_mate_table() tries to drive toward corners A1 or H8,
129   // if we have a bishop that cannot reach the above squares we
130   // mirror the kings so to drive enemy toward corners A8 or H1.
131   if (opposite_color_squares(bishopSquare, SQ_A1))
132   {
133       winnerKSq = flop_square(winnerKSq);
134       loserKSq = flop_square(loserKSq);
135   }
136
137   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
138                 + distance_bonus(square_distance(winnerKSq, loserKSq))
139                 + kbnk_mate_table(loserKSq);
140
141   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
142 }
143
144
145 /// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase.
146 template<>
147 Value EvaluationFunction<KPK>::apply(const Position& pos) const {
148
149   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
150   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
151   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
152   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
153
154   Square wksq, bksq, wpsq;
155   Color stm;
156
157   if (strongerSide == WHITE)
158   {
159       wksq = pos.king_square(WHITE);
160       bksq = pos.king_square(BLACK);
161       wpsq = pos.piece_list(WHITE, PAWN, 0);
162       stm = pos.side_to_move();
163   }
164   else
165   {
166       wksq = flip_square(pos.king_square(BLACK));
167       bksq = flip_square(pos.king_square(WHITE));
168       wpsq = flip_square(pos.piece_list(BLACK, PAWN, 0));
169       stm = opposite_color(pos.side_to_move());
170   }
171
172   if (square_file(wpsq) >= FILE_E)
173   {
174       wksq = flop_square(wksq);
175       bksq = flop_square(bksq);
176       wpsq = flop_square(wpsq);
177   }
178
179   if (!probe_kpk_bitbase(wksq, wpsq, bksq, stm))
180       return VALUE_DRAW;
181
182   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
183                 + PawnValueEndgame
184                 + Value(square_rank(wpsq));
185
186   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
187 }
188
189
190 /// KR vs KP. This is a somewhat tricky endgame to evaluate precisely without
191 /// a bitbase. The function below returns drawish scores when the pawn is
192 /// far advanced with support of the king, while the attacking king is far
193 /// away.
194 template<>
195 Value EvaluationFunction<KRKP>::apply(const Position& pos) const {
196
197   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
198   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
199   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == 0);
200   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 1);
201
202   Square wksq, wrsq, bksq, bpsq;
203   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
204
205   wksq = pos.king_square(strongerSide);
206   wrsq = pos.piece_list(strongerSide, ROOK, 0);
207   bksq = pos.king_square(weakerSide);
208   bpsq = pos.piece_list(weakerSide, PAWN, 0);
209
210   if (strongerSide == BLACK)
211   {
212       wksq = flip_square(wksq);
213       wrsq = flip_square(wrsq);
214       bksq = flip_square(bksq);
215       bpsq = flip_square(bpsq);
216   }
217
218   Square queeningSq = make_square(square_file(bpsq), RANK_1);
219   Value result;
220
221   // If the stronger side's king is in front of the pawn, it's a win
222   if (wksq < bpsq && square_file(wksq) == square_file(bpsq))
223       result = RookValueEndgame - Value(square_distance(wksq, bpsq));
224
225   // If the weaker side's king is too far from the pawn and the rook,
226   // it's a win
227   else if (   square_distance(bksq, bpsq) - (tempo ^ 1) >= 3
228            && square_distance(bksq, wrsq) >= 3)
229       result = RookValueEndgame - Value(square_distance(wksq, bpsq));
230
231   // If the pawn is far advanced and supported by the defending king,
232   // the position is drawish
233   else if (   square_rank(bksq) <= RANK_3
234            && square_distance(bksq, bpsq) == 1
235            && square_rank(wksq) >= RANK_4
236            && square_distance(wksq, bpsq) - tempo > 2)
237       result = Value(80 - square_distance(wksq, bpsq) * 8);
238
239   else
240       result =  Value(200)
241               - Value(square_distance(wksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
242               + Value(square_distance(bksq, bpsq + DELTA_S) * 8)
243               + Value(square_distance(bpsq, queeningSq) * 8);
244
245   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
246 }
247
248
249 /// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores.  The
250 /// score is slightly bigger when the defending king is close to the edge.
251 template<>
252 Value EvaluationFunction<KRKB>::apply(const Position& pos) const {
253
254   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
255   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
256   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
257   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
258   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
259
260   Value result = mate_table(pos.king_square(weakerSide));
261   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
262 }
263
264
265 /// KR vs KN.  The attacking side has slightly better winning chances than
266 /// in KR vs KB, particularly if the king and the knight are far apart.
267 template<>
268 Value EvaluationFunction<KRKN>::apply(const Position& pos) const {
269
270   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
271   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
272   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
273   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
274   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
275
276   Square defendingKSq = pos.king_square(weakerSide);
277   Square nSq = pos.piece_list(weakerSide, KNIGHT, 0);
278
279   int d = square_distance(defendingKSq, nSq);
280   Value result =   Value(10)
281                  + mate_table(defendingKSq)
282                  + krkn_king_knight_distance_penalty(d);
283
284   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
285 }
286
287
288 /// KQ vs KR.  This is almost identical to KX vs K:  We give the attacking
289 /// king a bonus for having the kings close together, and for forcing the
290 /// defending king towards the edge.  If we also take care to avoid null move
291 /// for the defending side in the search, this is usually sufficient to be
292 /// able to win KQ vs KR.
293 template<>
294 Value EvaluationFunction<KQKR>::apply(const Position& pos) const {
295
296   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMidgame);
297   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
298   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
299   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
300
301   Square winnerKSq = pos.king_square(strongerSide);
302   Square loserKSq = pos.king_square(weakerSide);
303
304   Value result =  QueenValueEndgame
305                 - RookValueEndgame
306                 + mate_table(loserKSq)
307                 + distance_bonus(square_distance(winnerKSq, loserKSq));
308
309   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
310 }
311
312 template<>
313 Value EvaluationFunction<KBBKN>::apply(const Position& pos) const {
314
315   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 2);
316   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == 2*BishopValueMidgame);
317   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
318   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
319   assert(pos.pieces(PAWN) == EmptyBoardBB);
320
321   Value result = BishopValueEndgame;
322   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
323   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
324   Square nsq = pos.piece_list(weakerSide, KNIGHT, 0);
325
326   // Bonus for attacking king close to defending king
327   result += distance_bonus(square_distance(wksq, bksq));
328
329   // Bonus for driving the defending king and knight apart
330   result += Value(square_distance(bksq, nsq) * 32);
331
332   // Bonus for restricting the knight's mobility
333   result += Value((8 - count_1s<CNT32_MAX15>(pos.attacks_from<KNIGHT>(nsq))) * 8);
334
335   return strongerSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
336 }
337
338
339 /// K and two minors vs K and one or two minors or K and two knights against
340 /// king alone are always draw.
341 template<>
342 Value EvaluationFunction<KmmKm>::apply(const Position&) const {
343   return VALUE_DRAW;
344 }
345
346 template<>
347 Value EvaluationFunction<KNNK>::apply(const Position&) const {
348   return VALUE_DRAW;
349 }
350
351 /// KBPKScalingFunction scales endgames where the stronger side has king,
352 /// bishop and one or more pawns. It checks for draws with rook pawns and a
353 /// bishop of the wrong color. If such a draw is detected, SCALE_FACTOR_ZERO is
354 /// returned. If not, the return value is SCALE_FACTOR_NONE, i.e. no scaling
355 /// will be used.
356 template<>
357 ScaleFactor ScalingFunction<KBPsK>::apply(const Position& pos) const {
358
359   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
360   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
361   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) >= 1);
362
363   // No assertions about the material of weakerSide, because we want draws to
364   // be detected even when the weaker side has some pawns.
365
366   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, strongerSide);
367   File pawnFile = square_file(pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0));
368
369   // All pawns are on a single rook file ?
370   if (   (pawnFile == FILE_A || pawnFile == FILE_H)
371       && (pawns & ~file_bb(pawnFile)) == EmptyBoardBB)
372   {
373       Square bishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP, 0);
374       Square queeningSq = relative_square(strongerSide, make_square(pawnFile, RANK_8));
375       Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
376
377       if (   opposite_color_squares(queeningSq, bishopSq)
378           && abs(square_file(kingSq) - pawnFile) <= 1)
379       {
380           // The bishop has the wrong color, and the defending king is on the
381           // file of the pawn(s) or the neighboring file. Find the rank of the
382           // frontmost pawn.
383           Rank rank;
384           if (strongerSide == WHITE)
385           {
386               for (rank = RANK_7; (rank_bb(rank) & pawns) == EmptyBoardBB; rank--) {}
387               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
388           }
389           else
390           {
391               for (rank = RANK_2; (rank_bb(rank) & pawns) == EmptyBoardBB; rank++) {}
392               rank = Rank(rank ^ 7);  // HACK to get the relative rank
393               assert(rank >= RANK_2 && rank <= RANK_7);
394           }
395           // If the defending king has distance 1 to the promotion square or
396           // is placed somewhere in front of the pawn, it's a draw.
397           if (   square_distance(kingSq, queeningSq) <= 1
398               || relative_rank(strongerSide, kingSq) >= rank)
399               return SCALE_FACTOR_ZERO;
400       }
401   }
402   return SCALE_FACTOR_NONE;
403 }
404
405
406 /// KQKRPScalingFunction scales endgames where the stronger side has only
407 /// king and queen, while the weaker side has at least a rook and a pawn.
408 /// It tests for fortress draws with a rook on the third rank defended by
409 /// a pawn.
410 template<>
411 ScaleFactor ScalingFunction<KQKRPs>::apply(const Position& pos) const {
412
413   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == QueenValueMidgame);
414   assert(pos.piece_count(strongerSide, QUEEN) == 1);
415   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 0);
416   assert(pos.piece_count(weakerSide, ROOK) == 1);
417   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) >= 1);
418
419   Square kingSq = pos.king_square(weakerSide);
420   if (   relative_rank(weakerSide, kingSq) <= RANK_2
421       && relative_rank(weakerSide, pos.king_square(strongerSide)) >= RANK_4
422       && (pos.pieces(ROOK, weakerSide) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_3)))
423       && (pos.pieces(PAWN, weakerSide) & rank_bb(relative_rank(weakerSide, RANK_2)))
424       && (pos.attacks_from<KING>(kingSq) & pos.pieces(PAWN, weakerSide)))
425   {
426       Square rsq = pos.piece_list(weakerSide, ROOK, 0);
427       if (pos.attacks_from<PAWN>(rsq, strongerSide) & pos.pieces(PAWN, weakerSide))
428           return SCALE_FACTOR_ZERO;
429   }
430   return SCALE_FACTOR_NONE;
431 }
432
433
434 /// KRPKRScalingFunction scales KRP vs KR endgames. This function knows a
435 /// handful of the most important classes of drawn positions, but is far
436 /// from perfect. It would probably be a good idea to add more knowledge
437 /// in the future.
438 ///
439 /// It would also be nice to rewrite the actual code for this function,
440 /// which is mostly copied from Glaurung 1.x, and not very pretty.
441 template<>
442 ScaleFactor ScalingFunction<KRPKR>::apply(const Position& pos) const {
443
444   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
445   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
446   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
447   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
448
449   Square wksq = pos.king_square(strongerSide);
450   Square wrsq = pos.piece_list(strongerSide, ROOK, 0);
451   Square wpsq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
452   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
453   Square brsq = pos.piece_list(weakerSide, ROOK, 0);
454
455   // Orient the board in such a way that the stronger side is white, and the
456   // pawn is on the left half of the board.
457   if (strongerSide == BLACK)
458   {
459       wksq = flip_square(wksq);
460       wrsq = flip_square(wrsq);
461       wpsq = flip_square(wpsq);
462       bksq = flip_square(bksq);
463       brsq = flip_square(brsq);
464   }
465   if (square_file(wpsq) > FILE_D)
466   {
467       wksq = flop_square(wksq);
468       wrsq = flop_square(wrsq);
469       wpsq = flop_square(wpsq);
470       bksq = flop_square(bksq);
471       brsq = flop_square(brsq);
472   }
473
474   File f = square_file(wpsq);
475   Rank r = square_rank(wpsq);
476   Square queeningSq = make_square(f, RANK_8);
477   int tempo = (pos.side_to_move() == strongerSide);
478
479   // If the pawn is not too far advanced and the defending king defends the
480   // queening square, use the third-rank defence.
481   if (   r <= RANK_5
482       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
483       && wksq <= SQ_H5
484       && (square_rank(brsq) == RANK_6 || (r <= RANK_3 && square_rank(wrsq) != RANK_6)))
485       return SCALE_FACTOR_ZERO;
486
487   // The defending side saves a draw by checking from behind in case the pawn
488   // has advanced to the 6th rank with the king behind.
489   if (   r == RANK_6
490       && square_distance(bksq, queeningSq) <= 1
491       && square_rank(wksq) + tempo <= RANK_6
492       && (square_rank(brsq) == RANK_1 || (!tempo && abs(square_file(brsq) - f) >= 3)))
493       return SCALE_FACTOR_ZERO;
494
495   if (   r >= RANK_6
496       && bksq == queeningSq
497       && square_rank(brsq) == RANK_1
498       && (!tempo || square_distance(wksq, wpsq) >= 2))
499       return SCALE_FACTOR_ZERO;
500
501   // White pawn on a7 and rook on a8 is a draw if black's king is on g7 or h7
502   // and the black rook is behind the pawn.
503   if (   wpsq == SQ_A7
504       && wrsq == SQ_A8
505       && (bksq == SQ_H7 || bksq == SQ_G7)
506       && square_file(brsq) == FILE_A
507       && (square_rank(brsq) <= RANK_3 || square_file(wksq) >= FILE_D || square_rank(wksq) <= RANK_5))
508       return SCALE_FACTOR_ZERO;
509
510   // If the defending king blocks the pawn and the attacking king is too far
511   // away, it's a draw.
512   if (   r <= RANK_5
513       && bksq == wpsq + DELTA_N
514       && square_distance(wksq, wpsq) - tempo >= 2
515       && square_distance(wksq, brsq) - tempo >= 2)
516       return SCALE_FACTOR_ZERO;
517
518   // Pawn on the 7th rank supported by the rook from behind usually wins if the
519   // attacking king is closer to the queening square than the defending king,
520   // and the defending king cannot gain tempi by threatening the attacking rook.
521   if (   r == RANK_7
522       && f != FILE_A
523       && square_file(wrsq) == f
524       && wrsq != queeningSq
525       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
526       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))
527       return ScaleFactor(SCALE_FACTOR_MAX - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
528
529   // Similar to the above, but with the pawn further back
530   if (   f != FILE_A
531       && square_file(wrsq) == f
532       && wrsq < wpsq
533       && (square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, queeningSq) - 2 + tempo)
534       && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wpsq + DELTA_N) - 2 + tempo)
535       && (  square_distance(bksq, wrsq) + tempo >= 3
536           || (    square_distance(wksq, queeningSq) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo
537               && (square_distance(wksq, wpsq + DELTA_N) < square_distance(bksq, wrsq) + tempo))))
538       return ScaleFactor(  SCALE_FACTOR_MAX
539                          - 8 * square_distance(wpsq, queeningSq)
540                          - 2 * square_distance(wksq, queeningSq));
541
542   // If the pawn is not far advanced, and the defending king is somewhere in
543   // the pawn's path, it's probably a draw.
544   if (r <= RANK_4 && bksq > wpsq)
545   {
546       if (square_file(bksq) == square_file(wpsq))
547           return ScaleFactor(10);
548       if (   abs(square_file(bksq) - square_file(wpsq)) == 1
549           && square_distance(wksq, bksq) > 2)
550           return ScaleFactor(24 - 2 * square_distance(wksq, bksq));
551   }
552   return SCALE_FACTOR_NONE;
553 }
554
555
556 /// KRPPKRPScalingFunction scales KRPP vs KRP endgames. There is only a
557 /// single pattern: If the stronger side has no pawns and the defending king
558 /// is actively placed, the position is drawish.
559 template<>
560 ScaleFactor ScalingFunction<KRPPKRP>::apply(const Position& pos) const {
561
562   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == RookValueMidgame);
563   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 2);
564   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == RookValueMidgame);
565   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 1);
566
567   Square wpsq1 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
568   Square wpsq2 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 1);
569   Square bksq = pos.king_square(weakerSide);
570
571   // Does the stronger side have a passed pawn?
572   if (   pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq1)
573       || pos.pawn_is_passed(strongerSide, wpsq2))
574       return SCALE_FACTOR_NONE;
575
576   Rank r = Max(relative_rank(strongerSide, wpsq1), relative_rank(strongerSide, wpsq2));
577
578   if (   file_distance(bksq, wpsq1) <= 1
579       && file_distance(bksq, wpsq2) <= 1
580       && relative_rank(strongerSide, bksq) > r)
581   {
582       switch (r) {
583       case RANK_2: return ScaleFactor(10);
584       case RANK_3: return ScaleFactor(10);
585       case RANK_4: return ScaleFactor(15);
586       case RANK_5: return ScaleFactor(20);
587       case RANK_6: return ScaleFactor(40);
588       default: assert(false);
589       }
590   }
591   return SCALE_FACTOR_NONE;
592 }
593
594
595 /// KPsKScalingFunction scales endgames with king and two or more pawns
596 /// against king. There is just a single rule here: If all pawns are on
597 /// the same rook file and are blocked by the defending king, it's a draw.
598 template<>
599 ScaleFactor ScalingFunction<KPsK>::apply(const Position& pos) const {
600
601   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
602   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) >= 2);
603   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
604   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
605
606   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
607   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, strongerSide);
608
609   // Are all pawns on the 'a' file?
610   if ((pawns & ~FileABB) == EmptyBoardBB)
611   {
612       // Does the defending king block the pawns?
613       if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1
614           || (   square_file(ksq) == FILE_A
615               && (in_front_bb(strongerSide, ksq) & pawns) == EmptyBoardBB))
616           return SCALE_FACTOR_ZERO;
617   }
618   // Are all pawns on the 'h' file?
619   else if ((pawns & ~FileHBB) == EmptyBoardBB)
620   {
621     // Does the defending king block the pawns?
622     if (   square_distance(ksq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1
623         || (   square_file(ksq) == FILE_H
624             && (in_front_bb(strongerSide, ksq) & pawns) == EmptyBoardBB))
625         return SCALE_FACTOR_ZERO;
626   }
627   return SCALE_FACTOR_NONE;
628 }
629
630
631 /// KBPKBScalingFunction scales KBP vs KB endgames. There are two rules:
632 /// If the defending king is somewhere along the path of the pawn, and the
633 /// square of the king is not of the same color as the stronger side's bishop,
634 /// it's a draw. If the two bishops have opposite color, it's almost always
635 /// a draw.
636 template<>
637 ScaleFactor ScalingFunction<KBPKB>::apply(const Position& pos) const {
638
639   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
640   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
641   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
642   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
643   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
644   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
645
646   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
647   Square strongerBishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP, 0);
648   Square weakerBishopSq = pos.piece_list(weakerSide, BISHOP, 0);
649   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
650
651   // Case 1: Defending king blocks the pawn, and cannot be driven away
652   if (   square_file(weakerKingSq) == square_file(pawnSq)
653       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
654       && (   opposite_color_squares(weakerKingSq, strongerBishopSq)
655           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
656       return SCALE_FACTOR_ZERO;
657
658   // Case 2: Opposite colored bishops
659   if (opposite_color_squares(strongerBishopSq, weakerBishopSq))
660   {
661       // We assume that the position is drawn in the following three situations:
662       //
663       //   a. The pawn is on rank 5 or further back.
664       //   b. The defending king is somewhere in the pawn's path.
665       //   c. The defending bishop attacks some square along the pawn's path,
666       //      and is at least three squares away from the pawn.
667       //
668       // These rules are probably not perfect, but in practice they work
669       // reasonably well.
670
671       if (relative_rank(strongerSide, pawnSq) <= RANK_5)
672           return SCALE_FACTOR_ZERO;
673       else
674       {
675           Bitboard path = squares_in_front_of(strongerSide, pawnSq);
676
677           if (path & pos.pieces(KING, weakerSide))
678               return SCALE_FACTOR_ZERO;
679
680           if (  (pos.attacks_from<BISHOP>(weakerBishopSq) & path)
681               && square_distance(weakerBishopSq, pawnSq) >= 3)
682               return SCALE_FACTOR_ZERO;
683       }
684   }
685   return SCALE_FACTOR_NONE;
686 }
687
688
689 /// KBPPKBScalingFunction scales KBPP vs KB endgames. It detects a few basic
690 /// draws with opposite-colored bishops.
691 template<>
692 ScaleFactor ScalingFunction<KBPPKB>::apply(const Position& pos) const {
693
694   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
695   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
696   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 2);
697   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == BishopValueMidgame);
698   assert(pos.piece_count(weakerSide, BISHOP) == 1);
699   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
700
701   Square wbsq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP, 0);
702   Square bbsq = pos.piece_list(weakerSide, BISHOP, 0);
703
704   if (!opposite_color_squares(wbsq, bbsq))
705       return SCALE_FACTOR_NONE;
706
707   Square ksq = pos.king_square(weakerSide);
708   Square psq1 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
709   Square psq2 = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 1);
710   Rank r1 = square_rank(psq1);
711   Rank r2 = square_rank(psq2);
712   Square blockSq1, blockSq2;
713
714   if (relative_rank(strongerSide, psq1) > relative_rank(strongerSide, psq2))
715   {
716       blockSq1 = psq1 + pawn_push(strongerSide);
717       blockSq2 = make_square(square_file(psq2), square_rank(psq1));
718   }
719   else
720   {
721       blockSq1 = psq2 + pawn_push(strongerSide);
722       blockSq2 = make_square(square_file(psq1), square_rank(psq2));
723   }
724
725   switch (file_distance(psq1, psq2))
726   {
727   case 0:
728     // Both pawns are on the same file. Easy draw if defender firmly controls
729     // some square in the frontmost pawn's path.
730     if (   square_file(ksq) == square_file(blockSq1)
731         && relative_rank(strongerSide, ksq) >= relative_rank(strongerSide, blockSq1)
732         && opposite_color_squares(ksq, wbsq))
733         return SCALE_FACTOR_ZERO;
734     else
735         return SCALE_FACTOR_NONE;
736
737   case 1:
738     // Pawns on neighboring files. Draw if defender firmly controls the square
739     // in front of the frontmost pawn's path, and the square diagonally behind
740     // this square on the file of the other pawn.
741     if (   ksq == blockSq1
742         && opposite_color_squares(ksq, wbsq)
743         && (   bbsq == blockSq2
744             || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq2) & pos.pieces(BISHOP, weakerSide))
745             || abs(r1 - r2) >= 2))
746         return SCALE_FACTOR_ZERO;
747
748     else if (   ksq == blockSq2
749              && opposite_color_squares(ksq, wbsq)
750              && (   bbsq == blockSq1
751                  || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq1) & pos.pieces(BISHOP, weakerSide))))
752         return SCALE_FACTOR_ZERO;
753     else
754         return SCALE_FACTOR_NONE;
755
756   default:
757     // The pawns are not on the same file or adjacent files. No scaling.
758     return SCALE_FACTOR_NONE;
759   }
760 }
761
762
763 /// KBPKNScalingFunction scales KBP vs KN endgames. There is a single rule:
764 /// If the defending king is somewhere along the path of the pawn, and the
765 /// square of the king is not of the same color as the stronger side's bishop,
766 /// it's a draw.
767 template<>
768 ScaleFactor ScalingFunction<KBPKN>::apply(const Position& pos) const {
769
770   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == BishopValueMidgame);
771   assert(pos.piece_count(strongerSide, BISHOP) == 1);
772   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
773   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == KnightValueMidgame);
774   assert(pos.piece_count(weakerSide, KNIGHT) == 1);
775   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
776
777   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
778   Square strongerBishopSq = pos.piece_list(strongerSide, BISHOP, 0);
779   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
780
781   if (   square_file(weakerKingSq) == square_file(pawnSq)
782       && relative_rank(strongerSide, pawnSq) < relative_rank(strongerSide, weakerKingSq)
783       && (   opposite_color_squares(weakerKingSq, strongerBishopSq)
784           || relative_rank(strongerSide, weakerKingSq) <= RANK_6))
785       return SCALE_FACTOR_ZERO;
786
787   return SCALE_FACTOR_NONE;
788 }
789
790
791 /// KNPKScalingFunction scales KNP vs K endgames. There is a single rule:
792 /// If the pawn is a rook pawn on the 7th rank and the defending king prevents
793 /// the pawn from advancing, the position is drawn.
794 template<>
795 ScaleFactor ScalingFunction<KNPK>::apply(const Position& pos) const {
796
797   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == KnightValueMidgame);
798   assert(pos.piece_count(strongerSide, KNIGHT) == 1);
799   assert(pos.piece_count(strongerSide, PAWN) == 1);
800   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
801   assert(pos.piece_count(weakerSide, PAWN) == 0);
802
803   Square pawnSq = pos.piece_list(strongerSide, PAWN, 0);
804   Square weakerKingSq = pos.king_square(weakerSide);
805
806   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_A7)
807       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_A8)) <= 1)
808       return SCALE_FACTOR_ZERO;
809
810   if (   pawnSq == relative_square(strongerSide, SQ_H7)
811       && square_distance(weakerKingSq, relative_square(strongerSide, SQ_H8)) <= 1)
812       return SCALE_FACTOR_ZERO;
813
814   return SCALE_FACTOR_NONE;
815 }
816
817
818 /// KPKPScalingFunction scales KP vs KP endgames. This is done by removing
819 /// the weakest side's pawn and probing the KP vs K bitbase: If the weakest
820 /// side has a draw without the pawn, she probably has at least a draw with
821 /// the pawn as well. The exception is when the stronger side's pawn is far
822 /// advanced and not on a rook file; in this case it is often possible to win
823 /// (e.g. 8/4k3/3p4/3P4/6K1/8/8/8 w - - 0 1).
824 template<>
825 ScaleFactor ScalingFunction<KPKP>::apply(const Position& pos) const {
826
827   assert(pos.non_pawn_material(strongerSide) == VALUE_ZERO);
828   assert(pos.non_pawn_material(weakerSide) == VALUE_ZERO);
829   assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1);
830   assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1);
831
832   Square wksq, bksq, wpsq;
833   Color stm;
834
835   if (strongerSide == WHITE)
836   {
837       wksq = pos.king_square(WHITE);
838       bksq = pos.king_square(BLACK);
839       wpsq = pos.piece_list(WHITE, PAWN, 0);
840       stm = pos.side_to_move();
841   }
842   else
843   {
844       wksq = flip_square(pos.king_square(BLACK));
845       bksq = flip_square(pos.king_square(WHITE));
846       wpsq = flip_square(pos.piece_list(BLACK, PAWN, 0));
847       stm = opposite_color(pos.side_to_move());
848   }
849
850   if (square_file(wpsq) >= FILE_E)
851   {
852       wksq = flop_square(wksq);
853       bksq = flop_square(bksq);
854       wpsq = flop_square(wpsq);
855   }
856
857   // If the pawn has advanced to the fifth rank or further, and is not a
858   // rook pawn, it's too dangerous to assume that it's at least a draw.
859   if (   square_rank(wpsq) >= RANK_5
860       && square_file(wpsq) != FILE_A)
861       return SCALE_FACTOR_NONE;
862
863   // Probe the KPK bitbase with the weakest side's pawn removed. If it's a
864   // draw, it's probably at least a draw even with the pawn.
865   return probe_kpk_bitbase(wksq, wpsq, bksq, stm) ? SCALE_FACTOR_NONE : SCALE_FACTOR_ZERO;
866 }