git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2008-2014 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   // Connected pawn bonus by file and rank (initialized by formula)
  53   Score Connected[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   // Bonus for file distance of the two outermost pawns
  61   const Score PawnsFileSpan = S(0, 15);
  62
  63   // Unsupported pawn penalty
  64   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
  65
  66   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
  67   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
  68   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
  69
  70   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
  71   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
  72   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
  73   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
  74   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
  75   { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) } };
  76
  77   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  78   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  79   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
  80
  81   #undef S
  82   #undef V
  83
  84   template<Color Us>
  85   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  86
  87     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
  88     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
  89     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
  90     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
  91
  92     Bitboard b, p;
  93     Square s;
  94     File f;
  95     bool passed, isolated, doubled, opposed, connected, backward, candidate, unsupported;
  96     Score value = SCORE_ZERO;
  97     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
  98
  99     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 100     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 101
 102     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
 103     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 104     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 105     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
 106     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
 107     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 108
 109     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 110     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 111     {
 112         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 113
 114         f = file_of(s);
 115
 116         // This file cannot be semi-open
 117         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
 118
 119         // Previous rank
 120         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
 121
 122         // Our rank plus previous one
 123         b = rank_bb(s) | p;
 124
 125         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
 126         // unsupported or connected (but not the backward one).
 127         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
 128         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
 129         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
 130         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
 131         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
 132         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
 133
 134         // Test for backward pawn.
 135         // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
 136         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
 137         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
 138         if (   (passed | isolated | connected)
 139             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
 140             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
 141             backward = false;
 142         else
 143         {
 144             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
 145             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
 146             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
 147             // files, and picking the closest pawn there.
 148             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
 149             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
 150
 151             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
 152             // backward because it cannot advance without being captured.
 153             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
 154         }
 155
 156         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
 157
 158         // A not-passed pawn is a candidate to become passed, if it is free to
 159         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
 160         // pawn on adjacent files is higher than or equal to the number of
 161         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
 162         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
 163                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
 164                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
 165
 166         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 167         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
 168         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
 169         if (passed && !doubled)
 170             e->passedPawns[Us] |= s;
 171
 172         // Score this pawn
 173         if (isolated)
 174             value -= Isolated[opposed][f];
 175
 176         if (unsupported && !isolated)
 177             value -= UnsupportedPawnPenalty;
 178
 179         if (doubled)
 180             value -= Doubled[f];
 181
 182         if (backward)
 183             value -= Backward[opposed][f];
 184
 185         if (connected)
 186             value += Connected[f][relative_rank(Us, s)];
 187
 188         if (candidate)
 189         {
 190             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
 191
 192             if (!doubled)
 193                 e->candidatePawns[Us] |= s;
 194         }
 195     }
 196
 197     // In endgame it's better to have pawns on both wings. So give a bonus according
 198     // to file distance between left and right outermost pawns.
 199     if (pos.count<PAWN>(Us) > 1)
 200     {
 201         b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
 202         value += PawnsFileSpan * int(msb(b) - lsb(b));
 203     }
 204
 205     return value;
 206   }
 207
 208 } // namespace
 209
 210 namespace Pawns {
 211
 212 /// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
 213
 214 void init() {
 215
 216   const int bonusesByFile[8] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
 217   int bonus;
 218
 219   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 220       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 221       {
 222           bonus = r * (r-1) * (r-2) + bonusesByFile[f] * (r/2 + 1);
 223           Connected[f][r] = make_score(bonus, bonus);
 224       }
 225 }
 226
 227
 228 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
 229 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
 230 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
 231
 232 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
 233
 234   Key key = pos.pawn_key();
 235   Entry* e = entries[key];
 236
 237   if (e->key == key)
 238       return e;
 239
 240   e->key = key;
 241   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 242   return e;
 243 }
 244
 245
 246 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 247 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
 248
 249 template<Color Us>
 250 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 251
 252   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 253   static const Bitboard MiddleEdges = (FileABB | FileHBB) & (Rank2BB | Rank3BB);
 254
 255   Value safety = MaxSafetyBonus;
 256   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
 257   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 258   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 259   Rank rkUs, rkThem;
 260   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 261
 262   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
 263   {
 264       b = ourPawns & file_bb(f);
 265       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 266
 267       b  = theirPawns & file_bb(f);
 268       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 269
 270       if (   (MiddleEdges & make_square(f, rkThem))
 271           && file_of(ksq) == f
 272           && relative_rank(Us, ksq) == rkThem - 1)
 273           safety += Value(200);
 274       else
 275           safety -= ShelterWeakness[rkUs]
 276                   + StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
 277   }
 278
 279   return safety;
 280 }
 281
 282
 283 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety.
 284 /// It is called only when king square changes, which is about 20% of total
 285 /// king_safety() calls.
 286
 287 template<Color Us>
 288 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 289
 290   kingSquares[Us] = ksq;
 291   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 292   minKPdistance[Us] = 0;
 293
 294   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 295   if (pawns)
 296       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
 297
 298   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
 299       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
 300
 301   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 302
 303   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 304   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 305       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 306
 307   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 308       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 309
 310   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
 311 }
 312
 313 // Explicit template instantiation
 314 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 315 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 316
 317 } // namespace Pawns