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) 2015-2019 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
  39   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
  40   Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
  41
  42   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  43   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  44   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  45     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
  46     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
  47     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
  48     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
  49   };
  50
  51   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  52   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  53   // is behind our king.
  54   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  55     { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
  56     { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
  57     { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
  58     { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
  59   };
  60
  61   #undef S
  62   #undef V
  63
  64   template<Color Us>
  65   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  66
  67     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  68     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
  69
  70     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  71     Bitboard lever, leverPush;
  72     Square s;
  73     bool opposed, backward;
  74     Score score = SCORE_ZERO;
  75     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  76
  77     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  78     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  79
  80     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
  81     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
  82     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
  83     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  84     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
  85     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
  86
  87     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
  88     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
  89     {
  90         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
  91
  92         File f = file_of(s);
  93
  94         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
  95         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
  96
  97         // Flag the pawn
  98         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
  99         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 100         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 101         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
 102         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 103         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
 104         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 105         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
 106
 107         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
 108         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
 109         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
 110                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
 111
 112         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 113         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 114         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 115         // not attacked more times than defended.
 116         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 117             && popcount(supported) >= popcount(lever) - 1
 118             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 119             e->passedPawns[Us] |= s;
 120
 121         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 122                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 123         {
 124             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 125             while (b)
 126                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 127                     e->passedPawns[Us] |= s;
 128         }
 129
 130         // Score this pawn
 131         if (supported | phalanx)
 132             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 133
 134         else if (!neighbours)
 135             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 136
 137         else if (backward)
 138             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 139
 140         if (doubled && !supported)
 141             score -= Doubled;
 142     }
 143
 144     return score;
 145   }
 146
 147 } // namespace
 148
 149 namespace Pawns {
 150
 151 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 152 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 153 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 154
 155 void init() {
 156
 157   static constexpr int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
 158
 159   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 160       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 161           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 162               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 163   {
 164       int v = 17 * support;
 165       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 166
 167       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 168   }
 169 }
 170
 171
 172 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 173 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 174 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 175 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 176
 177 Entry* probe(const Position& pos) {
 178
 179   Key key = pos.pawn_key();
 180   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 181
 182   if (e->key == key)
 183       return e;
 184
 185   e->key = key;
 186   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 187   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 188   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 189   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
 190                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
 191
 192   return e;
 193 }
 194
 195
 196 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 197 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 198
 199 template<Color Us>
 200 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 201
 202   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 203   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 204   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
 205
 206   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 207   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 208   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 209
 210   Value safety = (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq) ?
 211                  Value(374) : Value(5);
 212
 213   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 214   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 215   {
 216       b = ourPawns & file_bb(f);
 217       int ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : 0;
 218
 219       b = theirPawns & file_bb(f);
 220       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 221
 222       int d = std::min(f, ~f);
 223       safety += ShelterStrength[d][ourRank];
 224       safety -= (ourRank && (ourRank == theirRank - 1)) ? 66 * (theirRank == RANK_3)
 225                                                         : UnblockedStorm[d][theirRank];
 226   }
 227
 228   return safety;
 229 }
 230
 231
 232 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 233 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 234
 235 template<Color Us>
 236 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 237
 238   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 239   kingSquares[Us] = ksq;
 240   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 241   int minKingPawnDistance = 0;
 242
 243   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 244   if (pawns)
 245       while (!(DistanceRingBB[ksq][++minKingPawnDistance] & pawns)) {}
 246
 247   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 248
 249   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 250   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
 251       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 252
 253   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
 254       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 255
 256   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 257 }
 258
 259 // Explicit template instantiation
 260 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 261 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 262
 263 } // namespace Pawns