SEE Pruning Tweak (#2183)
[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)
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6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
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11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23
24 #include "bitboard.h"
25 #include "pawns.h"
26 #include "position.h"
27 #include "thread.h"
28
29 namespace {
30
31   #define V Value
32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
33
34   // Pawn penalties
35   constexpr Score Backward = S( 9, 24);
36   constexpr Score Doubled  = S(11, 56);
37   constexpr Score Isolated = S( 5, 15);
38
39   // Connected pawn bonus
40   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
41
42   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
43   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
44   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
45     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
46     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
47     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
48     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
49   };
50
51   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
52   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
53   // is behind our king.
54   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
55     { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
56     { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
57     { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
58     { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
59   };
60
61   #undef S
62   #undef V
63
64   template<Color Us>
65   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
66
67     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
68     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
69
70     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
71     Bitboard lever, leverPush;
72     Square s;
73     bool opposed, backward;
74     Score score = SCORE_ZERO;
75     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
76
77     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
78     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
79
80     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
81     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
82     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
83
84     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
85     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
86     {
87         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
88
89         File f = file_of(s);
90         Rank r = relative_rank(Us, s);
91
92         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
93
94         // Flag the pawn
95         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
96         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
97         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
98         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
99         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
100         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
101         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
102         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
103
104         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
105         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
106         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
107                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
108
109         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
110         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
111         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
112         // not attacked more times than defended.
113         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
114             && (support || !more_than_one(lever))
115             && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
116             e->passedPawns[Us] |= s;
117
118         else if (stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5)
119         {
120             b = shift<Up>(support) & ~theirPawns;
121             while (b)
122                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
123                     e->passedPawns[Us] |= s;
124         }
125
126         // Score this pawn
127         if (support | phalanx)
128         {
129             int v =  Connected[r] * (phalanx ? 3 : 2) / (opposed ? 2 : 1)
130                    + 17 * popcount(support);
131
132             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
133         }
134         else if (!neighbours)
135             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
136
137         else if (backward)
138             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
139
140         if (doubled && !support)
141             score -= Doubled;
142     }
143
144     return score;
145   }
146
147 } // namespace
148
149 namespace Pawns {
150
151 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
152 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
153 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
154 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
155
156 Entry* probe(const Position& pos) {
157
158   Key key = pos.pawn_key();
159   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
160
161   if (e->key == key)
162       return e;
163
164   e->key = key;
165   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
166   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
167
168   return e;
169 }
170
171
172 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
173 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
174
175 template<Color Us>
176 void Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq, Score& shelter) {
177
178   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
179   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
180   constexpr Bitboard BlockSquares =  (Rank1BB | Rank2BB | Rank7BB | Rank8BB)
181                                    & (FileABB | FileHBB);
182
183   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
184   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
185   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
186
187   Value bonus[] = { (shift<Down>(theirPawns) & BlockSquares & ksq) ? Value(374) : Value(5),
188                     VALUE_ZERO };
189
190   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
191   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
192   {
193       b = ourPawns & file_bb(f);
194       Rank ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
195
196       b = theirPawns & file_bb(f);
197       Rank theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
198
199       int d = std::min(f, ~f);
200       bonus[MG] += ShelterStrength[d][ourRank];
201
202       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
203           bonus[MG] -= 82 * (theirRank == RANK_3), bonus[EG] -= 82 * (theirRank == RANK_3);
204       else
205           bonus[MG] -= UnblockedStorm[d][theirRank];
206   }
207
208   if (bonus[MG] > mg_value(shelter))
209       shelter = make_score(bonus[MG], bonus[EG]);
210 }
211
212
213 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
214 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
215
216 template<Color Us>
217 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
218
219   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
220   kingSquares[Us] = ksq;
221   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
222
223   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
224   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
225
226   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
227       minPawnDist = 1;
228
229   else while (pawns)
230       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
231
232   Score shelter = make_score(-VALUE_INFINITE, VALUE_ZERO);
233   evaluate_shelter<Us>(pos, ksq, shelter);
234
235   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
236   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
237       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1), shelter);
238
239   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
240       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1), shelter);
241
242   return shelter - make_score(VALUE_ZERO, 16 * minPawnDist);
243 }
244
245 // Explicit template instantiation
246 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
247 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
248
249 } // namespace Pawns