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, 16);
  36
  37   // Backward pawn penalty
  38   constexpr Score Backward = S(17, 11);
  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(13, 40);
  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(  7), V(76), V( 84), V( 38), V(  7), V( 30), V(-19) },
  50     { V(-13), V(83), V( 42), V(-27), V(  2), V(-32), V(-45) },
  51     { V(-26), V(63), V(  5), V(-44), V( -5), V(  2), V(-59) },
  52     { V(-19), V(53), V(-11), V(-22), V(-12), V(-51), V(-60) }
  53   };
  54
  55   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  56   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  57   // is behind our king.
  58   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  59     { V( 25), V( 79), V(107), V( 51), V( 27), V(  0), V(  0) },
  60     { V(  5), V( 35), V(121), V( -2), V( 15), V(-10), V(-10) },
  61     { V(-20), V( 22), V( 98), V( 36), V(  7), V(-20), V(-20) },
  62     { V(-27), V( 24), V( 80), V( 25), V( -4), V(-30), V(-30) }
  63   };
  64
  65   // Danger of blocked enemy pawns storming our king, by rank
  66   constexpr Value BlockedStorm[RANK_NB] =
  67     { V(  0), V(  0), V( 75), V(-10), V(-20), V(-20), V(-20) };
  68
  69   #undef S
  70   #undef V
  71
  72   template<Color Us>
  73   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  74
  75     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  76     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
  77
  78     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  79     Bitboard lever, leverPush;
  80     Square s;
  81     bool opposed, backward;
  82     Score score = SCORE_ZERO;
  83     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  84
  85     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  86     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  87
  88     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
  89     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
  90     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
  91     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  92     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
  93     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
  94
  95     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
  96     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
  97     {
  98         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
  99
 100         File f = file_of(s);
 101
 102         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
 103         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 104
 105         // Flag the pawn
 106         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 107         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 108         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 109         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
 110         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 111         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
 112         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 113         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
 114
 115         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
 116         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
 117         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
 118                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
 119
 120         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 121         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 122         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 123         // not attacked more times than defended.
 124         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 125             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
 126             && popcount(supported) >= popcount(lever) - 1
 127             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 128             e->passedPawns[Us] |= s;
 129
 130         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 131                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 132         {
 133             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 134             while (b)
 135                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 136                     e->passedPawns[Us] |= s;
 137         }
 138
 139         // Score this pawn
 140         if (supported | phalanx)
 141             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 142
 143         else if (!neighbours)
 144             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 145
 146         else if (backward)
 147             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 148
 149         if (doubled && !supported)
 150             score -= Doubled;
 151     }
 152
 153     return score;
 154   }
 155
 156 } // namespace
 157
 158 namespace Pawns {
 159
 160 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 161 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 162 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 163
 164 void init() {
 165
 166   static constexpr int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
 167
 168   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 169       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 170           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 171               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 172   {
 173       int v = 17 * support;
 174       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 175
 176       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 177   }
 178 }
 179
 180
 181 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 182 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 183 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 184 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 185
 186 Entry* probe(const Position& pos) {
 187
 188   Key key = pos.pawn_key();
 189   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 190
 191   if (e->key == key)
 192       return e;
 193
 194   e->key = key;
 195   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 196   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 197   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 198   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
 199                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
 200
 201   return e;
 202 }
 203
 204
 205 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 206 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 207
 208 template<Color Us>
 209 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 210
 211   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 212   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 213   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
 214
 215   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
 216   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 217   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 218
 219   Value safety = (ourPawns & file_bb(ksq)) ? Value(5) : Value(-5);
 220
 221   if (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq)
 222       safety += Value(374);
 223
 224   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 225   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 226   {
 227       b = ourPawns & file_bb(f);
 228       int ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : 0;
 229
 230       b = theirPawns & file_bb(f);
 231       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 232
 233       int d = std::min(f, ~f);
 234       safety += ShelterStrength[d][ourRank];
 235       safety -= (ourRank && (ourRank == theirRank - 1)) ? BlockedStorm[theirRank]
 236                                                         : UnblockedStorm[d][theirRank];
 237   }
 238
 239   return safety;
 240 }
 241
 242
 243 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 244 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 245
 246 template<Color Us>
 247 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 248
 249   kingSquares[Us] = ksq;
 250   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 251   int minKingPawnDistance = 0;
 252
 253   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 254   if (pawns)
 255       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 256
 257   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 258
 259   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 260   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 261       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 262
 263   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 264       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 265
 266   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 267 }
 268
 269 // Explicit template instantiation
 270 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 271 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 272
 273 } // namespace Pawns