Simplify WeakUnopposedPawn #2181
[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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 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 WeakUnopposed = S( 13, 27);
39
40   // Connected pawn bonus
41   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
42
43   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
44   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
45   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
46     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
47     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
48     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
49     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
50   };
51
52   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
53   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
54   // is behind our king.
55   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
56     { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
57     { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
58     { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
59     { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
60   };
61
62   #undef S
63   #undef V
64
65   template<Color Us>
66   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
67
68     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
69     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
70
71     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
72     Bitboard lever, leverPush;
73     Square s;
74     bool opposed, backward;
75     Score score = SCORE_ZERO;
76     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
77
78     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
79     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
80
81     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
82     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
83     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
84
85     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
86     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
87     {
88         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
89
90         File f = file_of(s);
91         Rank r = relative_rank(Us, s);
92
93         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
94
95         // Flag the pawn
96         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
97         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
98         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
99         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
100         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
101         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
102         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
103         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
104
105         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
106         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
107         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
108                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
109
110         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
111         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
112         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
113         // not attacked more times than defended.
114         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
115             && (support || !more_than_one(lever))
116             && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
117             e->passedPawns[Us] |= s;
118
119         else if (stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5)
120         {
121             b = shift<Up>(support) & ~theirPawns;
122             while (b)
123                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
124                     e->passedPawns[Us] |= s;
125         }
126
127         // Score this pawn
128         if (support | phalanx)
129         {
130             int v =  Connected[r] * (phalanx ? 3 : 2) / (opposed ? 2 : 1)
131                    + 17 * popcount(support);
132
133             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
134         }
135         else if (!neighbours)
136             score -= Isolated + WeakUnopposed * int(!opposed);
137
138         else if (backward)
139             score -= Backward + WeakUnopposed * int(!opposed);
140
141         if (doubled && !support)
142             score -= Doubled;
143     }
144
145     return score;
146   }
147
148 } // namespace
149
150 namespace Pawns {
151
152 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
153 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
154 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
155 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
156
157 Entry* probe(const Position& pos) {
158
159   Key key = pos.pawn_key();
160   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
161
162   if (e->key == key)
163       return e;
164
165   e->key = key;
166   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
167   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
168
169   return e;
170 }
171
172
173 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
174 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
175
176 template<Color Us>
177 void Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq, Score& shelter) {
178
179   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
180   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
181   constexpr Bitboard BlockSquares =  (Rank1BB | Rank2BB | Rank7BB | Rank8BB)
182                                    & (FileABB | FileHBB);
183
184   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
185   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
186   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
187
188   Value bonus[] = { (shift<Down>(theirPawns) & BlockSquares & ksq) ? Value(374) : Value(5),
189                     VALUE_ZERO };
190
191   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
192   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
193   {
194       b = ourPawns & file_bb(f);
195       Rank ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
196
197       b = theirPawns & file_bb(f);
198       Rank theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
199
200       int d = std::min(f, ~f);
201       bonus[MG] += ShelterStrength[d][ourRank];
202
203       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
204           bonus[MG] -= 82 * (theirRank == RANK_3), bonus[EG] -= 82 * (theirRank == RANK_3);
205       else
206           bonus[MG] -= UnblockedStorm[d][theirRank];
207   }
208
209   if (bonus[MG] > mg_value(shelter))
210       shelter = make_score(bonus[MG], bonus[EG]);
211 }
212
213
214 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
215 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
216
217 template<Color Us>
218 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
219
220   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
221   kingSquares[Us] = ksq;
222   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
223
224   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
225   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
226
227   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
228       minPawnDist = 1;
229
230   else while (pawns)
231       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
232
233   Score shelter = make_score(-VALUE_INFINITE, VALUE_ZERO);
234   evaluate_shelter<Us>(pos, ksq, shelter);
235
236   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
237   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
238       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1), shelter);
239
240   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
241       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1), shelter);
242
243   return shelter - make_score(VALUE_ZERO, 16 * minPawnDist);
244 }
245
246 // Explicit template instantiation
247 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
248 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
249
250 } // namespace Pawns