Refactor pawns shelter and storm
[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) 2008-2012 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 <cassert>
21
22 #include "bitboard.h"
23 #include "bitcount.h"
24 #include "pawns.h"
25 #include "position.h"
26
27 namespace {
28
29   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
30
31   // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
32   const Score DoubledPawnPenalty[2][8] = {
33   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
34     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
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 IsolatedPawnPenalty[2][8] = {
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 BackwardPawnPenalty[2][8] = {
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
53   const Score ChainBonus[8] = {
54     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
55     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
56   };
57
58   // Candidate passed pawn bonus by rank
59   const Score CandidateBonus[8] = {
60     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
61     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
62   };
63
64   const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
65
66   #undef S
67
68   typedef Value V;
69
70   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
71   const Value ShelterWeakness[2][8] =
72   { { V(141), V(0), V(38), V(102), V(128), V(141), V(141), V(141) },
73     { V( 61), V(0), V(16), V( 44), V( 56), V( 61), V( 61), V( 61) } };
74
75   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
76   const Value StormDanger[2][8] =
77   { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26), V(0), V(0), V(0) },
78     { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13), V(0), V(0), V(0) } };
79
80   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
81   // in front of the king and no enemy pawns on the horizont.
82   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
83
84   inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
85     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
86                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
87   }
88 }
89
90
91 /// PawnInfoTable::pawn_info() takes a position object as input, computes
92 /// a PawnInfo object, and returns a pointer to it. The result is also stored
93 /// in an hash table, so we don't have to recompute everything when the same
94 /// pawn structure occurs again.
95
96 PawnInfo* PawnInfoTable::pawn_info(const Position& pos) const {
97
98   Key key = pos.pawn_key();
99   PawnInfo* pi = probe(key);
100
101   // If pi->key matches the position's pawn hash key, it means that we
102   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
103   // the information we found the last time instead of recomputing it.
104   if (pi->key == key)
105       return pi;
106
107   // Initialize PawnInfo entry
108   pi->key = key;
109   pi->passedPawns[WHITE] = pi->passedPawns[BLACK] = 0;
110   pi->kingSquares[WHITE] = pi->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
111   pi->halfOpenFiles[WHITE] = pi->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
112
113   // Calculate pawn attacks
114   Bitboard wPawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
115   Bitboard bPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
116   pi->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns << 9) & ~FileABB) | ((wPawns << 7) & ~FileHBB);
117   pi->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns >> 7) & ~FileABB) | ((bPawns >> 9) & ~FileHBB);
118
119   // Evaluate pawns for both colors and weight the result
120   pi->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, pi)
121              - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, pi);
122
123   pi->value = apply_weight(pi->value, PawnStructureWeight);
124
125   return pi;
126 }
127
128
129 /// PawnInfoTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
130
131 template<Color Us>
132 Score PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
133                                     Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
134
135   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
136
137   Bitboard b;
138   Square s;
139   File f;
140   Rank r;
141   bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
142   Score value = SCORE_ZERO;
143   const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
144
145   // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
146   while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
147   {
148       assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
149
150       f = file_of(s);
151       r = rank_of(s);
152
153       // This file cannot be half open
154       pi->halfOpenFiles[Us] &= ~(1 << f);
155
156       // Our rank plus previous one. Used for chain detection
157       b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
158
159       // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
160       // chain (but not the backward one).
161       passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
162       doubled  =   ourPawns   & squares_in_front_of(Us, s);
163       opposed  =   theirPawns & squares_in_front_of(Us, s);
164       isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
165       chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
166
167       // Test for backward pawn
168       backward = false;
169
170       // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
171       // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
172       // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
173       if (   !(passed | isolated | chain)
174           && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
175           && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
176       {
177           // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
178           // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
179           // backward by looking in the forward direction on the adjacent
180           // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
181           b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
182
183           // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
184           // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
185           while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
186               Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
187
188           // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
189           // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
190           backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
191       }
192
193       assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
194
195       // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
196       // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
197       // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
198       // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
199       candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
200                  && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
201                  &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
202
203       // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
204       // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
205       // pawn on each file is considered a true passed pawn.
206       if (passed && !doubled)
207           pi->passedPawns[Us] |= s;
208
209       // Score this pawn
210       if (isolated)
211           value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
212
213       if (doubled)
214           value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
215
216       if (backward)
217           value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
218
219       if (chain)
220           value += ChainBonus[f];
221
222       if (candidate)
223           value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
224   }
225   return value;
226 }
227
228
229 template<Color Us>
230 int PawnInfo::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
231
232   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
233
234   int safety = 0;
235   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, ksq) | RankBB[rank_of(ksq)]);
236   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~RankBB[rank_of(ksq)];
237   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
238   Rank rkUs, rkThem;
239   File kf = file_of(ksq);
240
241   // Compute shelter and storm values for the file the king is on, as well as
242   // the two adjacent files. Computation is done from the white point of view.
243   kf = (kf == FILE_A) ? kf++ : (kf == FILE_H) ? kf-- : kf;
244
245   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
246   {
247       // Shelter penalty is higher for the pawn in front of the king
248       b = ourPawns & FileBB[f];
249       rkUs = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
250       safety -= ShelterWeakness[f != kf][rkUs];
251
252       // Storm danger is smaller if enemy pawn is blocked
253       b  = theirPawns & FileBB[f];
254       rkThem = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
255       safety -= StormDanger[rkThem == rkUs + 1][rkThem];
256   }
257
258   return safety;
259 }
260
261
262 /// PawnInfo::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
263 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
264
265 template<Color Us>
266 Score PawnInfo::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
267
268   int bonus = 0;
269
270   if (relative_rank(Us, ksq) <= RANK_4)
271   {
272       bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
273
274       // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
275       if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OO : BLACK_OO))
276           bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
277
278       if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OOO : BLACK_OOO))
279           bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
280
281       bonus += MaxSafetyBonus; // Offset to be sure bonus is always positive
282   }
283
284   kingSquares[Us] = ksq;
285   kingShelters[Us] = make_score(bonus, 0);
286   return kingShelters[Us];
287 }
288
289 // Explicit template instantiation
290 template Score PawnInfo::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
291 template Score PawnInfo::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);