04ae01530e44c7611680fa0d2f05a16dd810221e
[stockfish] / src / pawns.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 "pawns.h"
26 #include "position.h"
27
28 namespace {
29
30   #define V Value
31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
32
33   // Doubled pawn penalty by file
34   const Score Doubled[FILE_NB] = {
35     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
36     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
37
38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
39   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
40   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
41     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
42   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
43     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
44
45   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
46   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
47   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
48     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
49   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
50     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
51
52   // Pawn chain membership bonus by file and rank (initialized by formula)
53   Score ChainMember[FILE_NB][RANK_NB];
54
55   // Candidate passed pawn bonus by rank
56   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
57     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
58     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0) };
59
60   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
61   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
62   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
63
64   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
65   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
66   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
67   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
68   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
69   { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) } };
70
71   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
72   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
73   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
74
75   #undef S
76   #undef V
77
78   template<Color Us>
79   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
80
81     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
82     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
83     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
84     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
85
86     Bitboard b;
87     Square s;
88     File f;
89     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
90     Score value = SCORE_ZERO;
91     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
92
93     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
94     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
95
96     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
97     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
98     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
99     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
100     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
101     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
102
103     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
104     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
105     {
106         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
107
108         f = file_of(s);
109
110         // This file cannot be semi-open
111         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
112
113         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
114         b = rank_bb(s) | rank_bb(s - pawn_push(Us));
115
116         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
117         // chain (but not the backward one).
118         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
119         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
120         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
121         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
122         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
123
124         // Test for backward pawn.
125         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
126         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
127         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
128         if (   (passed | isolated | chain)
129             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
130             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
131             backward = false;
132         else
133         {
134             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
135             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
136             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
137             // files, and picking the closest pawn there.
138             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
139             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
140
141             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
142             // backward because it cannot advance without being captured.
143             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
144         }
145
146         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
147
148         // A not passed pawn is a candidate to become passed, if it is free to
149         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
150         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
151         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
152         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
153                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
154                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
155
156         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
157         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
158         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
159         if (passed && !doubled)
160             e->passedPawns[Us] |= s;
161
162         // Score this pawn
163         if (isolated)
164             value -= Isolated[opposed][f];
165
166         if (doubled)
167             value -= Doubled[f];
168
169         if (backward)
170             value -= Backward[opposed][f];
171
172         if (chain)
173             value += ChainMember[f][relative_rank(Us, s)];
174
175         if (candidate)
176         {
177             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
178
179             if (!doubled)
180                 e->candidatePawns[Us] |= s;
181         }
182     }
183
184     return value;
185   }
186
187 } // namespace
188
189 namespace Pawns {
190
191 /// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
192
193 void init() {
194
195   const int chainByFile[8] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
196   int bonus;
197
198   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
199       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
200       {
201           bonus = r * (r-1) * (r-2) + chainByFile[f] * (r/2 + 1);
202           ChainMember[f][r] = make_score(bonus, bonus);
203       }
204 }
205
206
207 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
208 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
209 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
210
211 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
212
213   Key key = pos.pawn_key();
214   Entry* e = entries[key];
215
216   if (e->key == key)
217       return e;
218
219   e->key = key;
220   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
221   return e;
222 }
223
224
225 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
226 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
227
228 template<Color Us>
229 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
230
231   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
232
233   Value safety = MaxSafetyBonus;
234   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
235   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
236   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
237   Rank rkUs, rkThem;
238   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
239
240   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
241   {
242       b = ourPawns & file_bb(f);
243       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
244       safety -= ShelterWeakness[rkUs];
245
246       b  = theirPawns & file_bb(f);
247       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
248       safety -= StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
249   }
250
251   return safety;
252 }
253
254
255 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety.
256 /// It is called only when king square changes, which is about 20% of total
257 /// king_safety() calls.
258
259 template<Color Us>
260 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
261
262   kingSquares[Us] = ksq;
263   castlingFlags[Us] = pos.can_castle(Us);
264   minKPdistance[Us] = 0;
265
266   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
267   if (pawns)
268       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
269
270   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
271       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
272
273   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
274
275   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
276   if (pos.can_castle(make_castling_flag(Us, KING_SIDE)))
277       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
278
279   if (pos.can_castle(make_castling_flag(Us, QUEEN_SIDE)))
280       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
281
282   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
283 }
284
285 // Explicit template instantiation
286 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
287 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
288
289 } // namespace Pawns