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) 2004-2020 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
   4
   5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8   (at your option) any later version.
   9
  10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13   GNU General Public License for more details.
  14
  15   You should have received a copy of the GNU General Public License
  16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18
  19 #include <algorithm>
  20 #include <cassert>
  21
  22 #include "bitboard.h"
  23 #include "pawns.h"
  24 #include "position.h"
  25 #include "thread.h"
  26
  27 namespace {
  28
  29   #define V Value
  30   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  31
  32   // Pawn penalties
  33   constexpr Score Backward      = S( 8, 25);
  34   constexpr Score Doubled       = S(10, 55);
  35   constexpr Score Isolated      = S( 3, 15);
  36   constexpr Score WeakLever     = S( 3, 55);
  37   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 25);
  38
  39   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  40   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-13, -4), S(-5, 2) };
  41
  42   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB] = {
  43     S(0, 0), S(0, 0), S(76, 78), S(-10, 15), S(-7, 10), S(-4, 6), S(-1, 2)
  44   };
  45
  46   // Connected pawn bonus
  47   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 5, 7, 11, 24, 48, 86 };
  48
  49   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  50   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  51   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  52     { V( -5), V( 82), V( 92), V( 54), V( 36), V( 22), V(  28) },
  53     { V(-44), V( 63), V( 33), V(-50), V(-30), V(-12), V( -62) },
  54     { V(-11), V( 77), V( 22), V( -6), V( 31), V(  8), V( -45) },
  55     { V(-39), V(-12), V(-29), V(-50), V(-43), V(-68), V(-164) }
  56   };
  57
  58   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  59   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  60   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  61   // on edge, likely blocked by our king.
  62   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  63     { V( 87), V(-288), V(-168), V( 96), V( 47), V( 44), V( 46) },
  64     { V( 42), V( -25), V( 120), V( 45), V( 34), V( -9), V( 24) },
  65     { V( -8), V(  51), V( 167), V( 35), V( -4), V(-16), V(-12) },
  66     { V(-17), V( -13), V( 100), V(  4), V(  9), V(-16), V(-31) }
  67   };
  68
  69   // KingOnFile[semi-open Us][semi-open Them] contains bonuses/penalties
  70   // for king when the king is on a semi-open or open file.
  71   constexpr Score KingOnFile[2][2] = {{ S(-19,12), S(-6, 7)  },
  72                                      {  S(  0, 2), S( 6,-5) }};
  73
  74   #undef S
  75   #undef V
  76
  77
  78   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  79   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  80   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  81   /// be re-used even when the pieces have moved.
  82
  83   template<Color Us>
  84   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  85
  86     constexpr Color     Them = ~Us;
  87     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  88
  89     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  90     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  91     Square s;
  92     bool backward, passed, doubled;
  93     Score score = SCORE_ZERO;
  94     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  95
  96     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  97     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  98
  99     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
 100
 101     e->passedPawns[Us] = 0;
 102     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 103     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 104     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 105
 106     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 107     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 108     {
 109         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 110
 111         Rank r = relative_rank(Us, s);
 112
 113         // Flag the pawn
 114         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 115         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 116         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 117         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 118         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 119         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 120         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 121         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 122         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 123
 124         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 125         // the adjacent files and cannot safely advance.
 126         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 127                   && (leverPush | blocked);
 128
 129         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 130         if (!backward && !blocked)
 131             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 132
 133         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 134         // (a) there is no stoppers except some levers
 135         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 136         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 137         //     (Refined in Evaluation::passed)
 138         passed =   !(stoppers ^ lever)
 139                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 140                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 141                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 142                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 143
 144         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 145
 146         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 147         // full attack info.
 148         if (passed)
 149             e->passedPawns[Us] |= s;
 150
 151         // Score this pawn
 152         if (support | phalanx)
 153         {
 154             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 155                    + 22 * popcount(support);
 156
 157             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 158         }
 159
 160         else if (!neighbours)
 161         {
 162             if (     opposed
 163                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 164                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 165                 score -= Doubled;
 166             else
 167                 score -=  Isolated
 168                         + WeakUnopposed * !opposed;
 169         }
 170
 171         else if (backward)
 172             score -=  Backward
 173                     + WeakUnopposed * !opposed;
 174
 175         if (!support)
 176             score -=  Doubled * doubled
 177                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 178
 179         if (blocked && r >= RANK_5)
 180             score += BlockedPawn[r - RANK_5];
 181     }
 182
 183     return score;
 184   }
 185
 186 } // namespace
 187
 188 namespace Pawns {
 189
 190
 191 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 192 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 193 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 194 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 195
 196 Entry* probe(const Position& pos) {
 197
 198   Key key = pos.pawn_key();
 199   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 200
 201   if (e->key == key)
 202       return e;
 203
 204   e->key = key;
 205   e->blockedCount = 0;
 206   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 207   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 208
 209   return e;
 210 }
 211
 212
 213 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 214 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 215
 216 template<Color Us>
 217 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 218
 219   constexpr Color Them = ~Us;
 220
 221   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 222   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 223   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 224
 225   Score bonus = make_score(5, 5);
 226
 227   File center = std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 228   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 229   {
 230       b = ourPawns & file_bb(f);
 231       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 232
 233       b = theirPawns & file_bb(f);
 234       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 235
 236       int d = edge_distance(f);
 237       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 238
 239       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 240           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 241       else
 242           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 243   }
 244
 245   // King On File
 246   bonus -= KingOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Us, ksq)][pos.is_on_semiopen_file(Them, ksq)];
 247
 248   return bonus;
 249 }
 250
 251
 252 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 253 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 254
 255 template<Color Us>
 256 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 257
 258   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 259   kingSquares[Us] = ksq;
 260   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 261   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 262
 263   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 264
 265   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 266
 267   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 268       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 269
 270   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 271       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 272
 273   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 274   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 275   int minPawnDist = 6;
 276
 277   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 278       minPawnDist = 1;
 279   else while (pawns)
 280       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 281
 282   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 283 }
 284
 285 // Explicit template instantiation
 286 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 287 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 288
 289 } // namespace Pawns