Retire PawnsFileSpan
[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) 2008-2014 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
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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
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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 opposed, phalanx flags and rank
53   Score Connected[2][2][RANK_NB];
54
55   // Levers bonus by rank
56   const Score Lever[RANK_NB] = {
57     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
58     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
59
60   // Unsupported pawn penalty
61   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
62
63   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
64   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
65   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
66
67   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
68   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
69   const Value StormDanger[][RANK_NB] = {
70   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
71   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
72   { V( 0),  V( 0), V(160), V(25), V(13) } };
73
74   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
75   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
76   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
77
78   #undef S
79   #undef V
80
81   template<Color Us>
82   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
83
84     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
85     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
86     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
87     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
88
89     Bitboard b, p, doubled, connected;
90     Square s;
91     bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, lever;
92     Score value = SCORE_ZERO;
93     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
94     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
95
96     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
97     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
98
99     e->passedPawns[Us] = 0;
100     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
101     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
102     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
103     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
104     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
105
106     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
107     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
108     {
109         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
110
111         File f = file_of(s);
112
113         // This file cannot be semi-open
114         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
115
116         // Previous rank
117         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
118
119         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
120         // unsupported or connected (but not the backward one).
121         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
122         phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
123         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
124         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
125         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
126         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
127         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
128         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
129
130         // Test for backward pawn.
131         // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
132         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
133         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
134         if (   (passed | isolated | connected)
135             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
136             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
137             backward = false;
138         else
139         {
140             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
141             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
142             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
143             // files, and picking the closest pawn there.
144             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
145             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
146
147             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
148             // backward because it cannot advance without being captured.
149             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
150         }
151
152         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
153
154         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
155         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
156         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
157         if (passed && !doubled)
158             e->passedPawns[Us] |= s;
159
160         // Score this pawn
161         if (isolated)
162             value -= Isolated[opposed][f];
163
164         if (unsupported && !isolated)
165             value -= UnsupportedPawnPenalty;
166
167         if (doubled)
168             value -= Doubled[f] / rank_distance(s, lsb(doubled));
169
170         if (backward)
171             value -= Backward[opposed][f];
172
173         if (connected)
174             value += Connected[opposed][phalanx][relative_rank(Us, s)];
175
176         if (lever)
177             value += Lever[relative_rank(Us, s)];
178     }
179
180     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
181     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
182
183     return value;
184   }
185
186 } // namespace
187
188 namespace Pawns {
189
190 /// init() initializes some tables used by evaluation. Instead of hard-coded
191 /// tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula to
192 /// reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
193
194 void init()
195 {
196   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
197
198   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
199       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
200           for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
201           {
202               int bonus = Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0);
203               Connected[opposed][phalanx][r] = make_score(bonus / 2, bonus >> opposed);
204           }
205 }
206
207
208 /// probe() takes a position as input, computes a Entry object, and returns a
209 /// pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
210 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
211
212 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
213
214   Key key = pos.pawn_key();
215   Entry* e = entries[key];
216
217   if (e->key == key)
218       return e;
219
220   e->key = key;
221   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
222   return e;
223 }
224
225
226 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
227 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
228
229 template<Color Us>
230 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
231
232   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
233   const Bitboard Edges = (FileABB | FileHBB) & (Rank2BB | Rank3BB);
234
235   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
236   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
237   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
238   Value safety = MaxSafetyBonus;
239   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
240
241   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
242   {
243       b = ourPawns & file_bb(f);
244       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
245
246       b  = theirPawns & file_bb(f);
247       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
248
249       if (   (Edges & make_square(f, rkThem))
250           && file_of(ksq) == f
251           && relative_rank(Us, ksq) == rkThem - 1)
252           safety += 200;
253       else
254           safety -=  ShelterWeakness[rkUs]
255                    + StormDanger[rkUs   == RANK_1   ? 0 :
256                                  rkThem != rkUs + 1 ? 1 : 2][rkThem];
257   }
258
259   return safety;
260 }
261
262
263 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
264 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
265
266 template<Color Us>
267 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
268
269   kingSquares[Us] = ksq;
270   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
271   minKPdistance[Us] = 0;
272
273   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
274   if (pawns)
275       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
276
277   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
278       return make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
279
280   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
281
282   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
283   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
284       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
285
286   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
287       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
288
289   return make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
290 }
291
292 // Explicit template instantiation
293 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
294 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
295
296 } // namespace Pawns