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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   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
  10   (at your option) any later version.
  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
  15   GNU General Public License for more details.
  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   // Isolated pawn penalty
  35   constexpr Score Isolated = S(13, 18);
  36
  37   // Backward pawn penalty
  38   constexpr Score Backward = S(24, 12);
  39
  40   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
  41   Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
  42
  43   // Doubled pawn penalty
  44   constexpr Score Doubled = S(18, 38);
  45
  46   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  47   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  48   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  49     { V( -9), V(64), V(77), V( 44), V( 4), V( -1), V(-11) },
  50     { V(-15), V(83), V(51), V(-10), V( 1), V(-10), V(-28) },
  51     { V(-18), V(84), V(27), V(-12), V(21), V( -7), V(-36) },
  52     { V( 12), V(79), V(25), V( 19), V( 9), V( -6), V(-33) }
  53   };
  54
  55   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
  56   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has
  57   // no pawn on the given file, or their pawn is behind our king.
  58   constexpr Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  59     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  // Unopposed
  60       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
  61       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
  62       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
  63     { { V( 0),  V(   0), V(  19), V(23), V( 1) },  // BlockedByPawn
  64       { V( 0),  V(   0), V(  88), V(27), V( 2) },
  65       { V( 0),  V(   0), V( 101), V(16), V( 1) },
  66       { V( 0),  V(   0), V( 111), V(22), V(15) } },
  67     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  // Unblocked
  68       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
  69       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
  70       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
  71   };
  72
  73   #undef S
  74   #undef V
  75
  76   template<Color Us>
  77   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  78
  79     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  80     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
  81
  82     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  83     Bitboard lever, leverPush;
  84     Square s;
  85     bool opposed, backward;
  86     Score score = SCORE_ZERO;
  87     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  88
  89     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  90     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  91
  92     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
  93     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
  94     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
  95     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  96     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
  97     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
  98
  99     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 100     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 101     {
 102         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 103
 104         File f = file_of(s);
 105
 106         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
 107         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 108
 109         // Flag the pawn
 110         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 111         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 112         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 113         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
 114         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 115         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
 116         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 117         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
 118
 119         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
 120         // adjacent files and cannot be safely advanced.
 121         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 122             backward = false;
 123         else
 124         {
 125             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
 126             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 127
 128             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
 129             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
 130             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
 131             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
 132
 133             assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
 134         }
 135
 136         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 137         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 138         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 139         // not attacked more times than defended.
 140         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 141             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
 142             && popcount(supported) >= popcount(lever) - 1
 143             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 144             e->passedPawns[Us] |= s;
 145
 146         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 147                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 148         {
 149             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 150             while (b)
 151                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 152                     e->passedPawns[Us] |= s;
 153         }
 154
 155         // Score this pawn
 156         if (supported | phalanx)
 157             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 158
 159         else if (!neighbours)
 160             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 161
 162         else if (backward)
 163             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 164
 165         if (doubled && !supported)
 166             score -= Doubled;
 167     }
 168
 169     return score;
 170   }
 171
 172 } // namespace
 173
 174 namespace Pawns {
 175
 176 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 177 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 178 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 179
 180 void init() {
 181
 182   static constexpr int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 76, 100, 175, 330 };
 183
 184   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 185       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 186           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 187               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 188   {
 189       int v = 17 * support;
 190       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 191
 192       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 193   }
 194 }
 195
 196
 197 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 198 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 199 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 200 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 201
 202 Entry* probe(const Position& pos) {
 203
 204   Key key = pos.pawn_key();
 205   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 206
 207   if (e->key == key)
 208       return e;
 209
 210   e->key = key;
 211   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 212   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 213   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 214   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
 215                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
 216
 217   return e;
 218 }
 219
 220
 221 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 222 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 223
 224 template<Color Us>
 225 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 226
 227   enum { Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
 228   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 229   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 230   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
 231
 232   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
 233   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 234   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 235
 236   Value safety = (ourPawns & file_bb(ksq)) ? Value(5) : Value(-5);
 237
 238   if ((shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks) & ksq)
 239       safety += 374;
 240
 241   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 242   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 243   {
 244       b = ourPawns & file_bb(f);
 245       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 246
 247       b = theirPawns & file_bb(f);
 248       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 249
 250       int d = std::min(f, ~f);
 251       safety +=  ShelterStrength[d][rkUs]
 252                - StormDanger[rkUs == RANK_1     ? Unopposed     :
 253                              rkUs == rkThem - 1 ? BlockedByPawn : Unblocked]
 254                             [d][rkThem];
 255   }
 256
 257   return safety;
 258 }
 259
 260
 261 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 262 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 263
 264 template<Color Us>
 265 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 266
 267   kingSquares[Us] = ksq;
 268   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 269   int minKingPawnDistance = 0;
 270
 271   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 272   if (pawns)
 273       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 274
 275   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 276
 277   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 278   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 279       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 280
 281   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 282       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 283
 284   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 285 }
 286
 287 // Explicit template instantiation
 288 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 289 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 290
 291 } // namespace Pawns