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) 2015-2020 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   // Pawn penalties
  35   constexpr Score Backward      = S( 9, 24);
  36   constexpr Score Doubled       = S(11, 56);
  37   constexpr Score Isolated      = S( 5, 15);
  38   constexpr Score WeakLever     = S( 0, 56);
  39   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 27);
  40
  41   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB]  = {S( 0, 0), S( 0, 0), S( 76, 78), S(-10, 15), S(-7, 10), S(-4, 6), S(-1, 2)};
  42
  43   // Connected pawn bonus
  44   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
  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( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
  50     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
  51     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
  52     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
  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. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  58   // on edge, likely blocked by our king.
  59   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  60     { V( 85), V(-289), V(-166), V(97), V(50), V( 45), V( 50) },
  61     { V( 46), V( -25), V( 122), V(45), V(37), V(-10), V( 20) },
  62     { V( -6), V(  51), V( 168), V(34), V(-2), V(-22), V(-14) },
  63     { V(-15), V( -11), V( 101), V( 4), V(11), V(-15), V(-29) }
  64   };
  65
  66   #undef S
  67   #undef V
  68
  69   template<Color Us>
  70   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  71
  72     constexpr Color     Them = ~Us;
  73     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  74
  75     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  76     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  77     Square s;
  78     bool backward, passed, doubled;
  79     Score score = SCORE_ZERO;
  80     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  81
  82     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  83     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  84
  85     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
  86
  87     e->passedPawns[Us] = 0;
  88     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
  89     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  90     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
  91
  92     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
  93     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
  94     {
  95         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
  96
  97         Rank r = relative_rank(Us, s);
  98
  99         // Flag the pawn
 100         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 101         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 102         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 103         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 104         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 105         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 106         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 107         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 108         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 109
 110         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 111         // the adjacent files and cannot safely advance.
 112         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 113                   && (leverPush | blocked);
 114
 115         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 116         if (!backward && !blocked)
 117             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 118
 119         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 120         // (a) there is no stoppers except some levers
 121         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 122         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 123         //     (Refined in Evaluation::passed)
 124         passed =   !(stoppers ^ lever)
 125                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 126                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 127                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 128                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 129
 130         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 131
 132         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 133         // full attack info.
 134         if (passed)
 135             e->passedPawns[Us] |= s;
 136
 137         // Score this pawn
 138         if (support | phalanx)
 139         {
 140             int v =  Connected[r] * (4 + 2 * bool(phalanx) - 2 * bool(opposed) - bool(blocked)) / 2
 141                    + 21 * popcount(support);
 142
 143             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 144         }
 145
 146         else if (!neighbours)
 147         {
 148             score -=   Isolated
 149                      + WeakUnopposed * !opposed;
 150
 151             if (   (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 152                 && popcount(opposed) == 1
 153                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 154                 score -= Doubled;
 155         }
 156
 157         else if (backward)
 158             score -=   Backward
 159                      + WeakUnopposed * !opposed;
 160
 161         if (!support)
 162             score -=   Doubled * doubled
 163                      + WeakLever * more_than_one(lever);
 164     }
 165
 166     return score;
 167   }
 168
 169 } // namespace
 170
 171 namespace Pawns {
 172
 173 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 174 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 175 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 176 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 177
 178 Entry* probe(const Position& pos) {
 179
 180   Key key = pos.pawn_key();
 181   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 182
 183   if (e->key == key)
 184       return e;
 185
 186   e->key = key;
 187   e->blockedCount = 0;
 188   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 189   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 190
 191   return e;
 192 }
 193
 194
 195 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 196 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 197
 198 template<Color Us>
 199 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 200
 201   constexpr Color Them = ~Us;
 202
 203   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 204   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 205   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 206
 207   Score bonus = make_score(5, 5);
 208
 209   File center = Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 210   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 211   {
 212       b = ourPawns & file_bb(f);
 213       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 214
 215       b = theirPawns & file_bb(f);
 216       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 217
 218       int d = edge_distance(f);
 219       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 220
 221       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 222           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 223       else
 224           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 225   }
 226
 227   return bonus;
 228 }
 229
 230
 231 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 232 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 233
 234 template<Color Us>
 235 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 236
 237   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 238   kingSquares[Us] = ksq;
 239   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 240   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 241
 242   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 243
 244   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 245
 246   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 247       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 248
 249   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 250       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 251
 252   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 253   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 254   int minPawnDist = 6;
 255
 256   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 257       minPawnDist = 1;
 258   else while (pawns)
 259       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 260
 261   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 262 }
 263
 264 // Explicit template instantiation
 265 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 266 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 267
 268 } // namespace Pawns