Merge remote-tracking branch 'upstream/master'
[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 <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "pawns.h"
25 #include "position.h"
26 #include "thread.h"
27
28 namespace {
29
30   #define V Value
31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
32
33   // Pawn penalties
34   constexpr Score Backward = S( 9, 24);
35   constexpr Score Doubled  = S(11, 56);
36   constexpr Score Isolated = S( 5, 15);
37
38   // Connected pawn bonus
39   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
40
41   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
42   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
43   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
44     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
45     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
46     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
47     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
48   };
49
50   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
51   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
52   // is behind our king.
53   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
54     { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
55     { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
56     { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
57     { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
58   };
59
60   #undef S
61   #undef V
62
63   template<Color Us>
64   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
65
66     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
67     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
68
69     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
70     Bitboard lever, leverPush;
71     Square s;
72     bool opposed, backward;
73     Score score = SCORE_ZERO;
74     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
75
76     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
77     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
78
79     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
80     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
81     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
82     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
83     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
84     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
85
86     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
87     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
88     {
89         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
90
91         File f = file_of(s);
92
93         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
94         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
95
96         // Flag the pawn
97         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
98         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
99         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
100         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
101         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
102         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
103         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
104         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
105
106         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
107         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
108         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
109                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
110
111         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
112         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
113         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
114         // not attacked more times than defended.
115         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
116             && (support || !more_than_one(lever))
117             && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
118             e->passedPawns[Us] |= s;
119
120         else if (   stoppers == square_bb(s + Up)
121                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
122         {
123             b = shift<Up>(support) & ~theirPawns;
124             while (b)
125                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
126                     e->passedPawns[Us] |= s;
127         }
128
129         // Score this pawn
130         if (support | phalanx)
131         {
132             int r = relative_rank(Us, s);
133             int v = phalanx ? Connected[r] + Connected[r + 1] : 2 * Connected[r];
134             v = 17 * popcount(support) + (v >> (opposed + 1));
135             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
136         }
137         else if (!neighbours)
138             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
139
140         else if (backward)
141             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
142
143         if (doubled && !support)
144             score -= Doubled;
145     }
146
147     return score;
148   }
149
150 } // namespace
151
152 namespace Pawns {
153
154 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
155 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
156 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
157 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
158
159 Entry* probe(const Position& pos) {
160
161   Key key = pos.pawn_key();
162   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
163
164   if (e->key == key)
165       return e;
166
167   e->key = key;
168   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
169   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
170   e->passedCount= popcount(e->passedPawns[WHITE] | e->passedPawns[BLACK]);
171
172   return e;
173 }
174
175
176 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
177 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
178
179 template<Color Us>
180 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
181
182   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
183   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
184   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
185
186   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
187   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
188   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
189
190   Value safety = (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq) ?
191                  Value(374) : Value(5);
192
193   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
194   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
195   {
196       b = ourPawns & file_bb(f);
197       Rank ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
198
199       b = theirPawns & file_bb(f);
200       Rank theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
201
202       int d = std::min(f, ~f);
203       safety += ShelterStrength[d][ourRank];
204       safety -= (ourRank && (ourRank == theirRank - 1)) ? 66 * (theirRank == RANK_3)
205                                                         : UnblockedStorm[d][theirRank];
206   }
207
208   return safety;
209 }
210
211
212 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
213 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
214
215 template<Color Us>
216 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
217
218   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
219   kingSquares[Us] = ksq;
220   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
221   int minKingPawnDistance = 0;
222
223   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
224   if (pawns)
225       while (!(DistanceRingBB[ksq][++minKingPawnDistance] & pawns)) {}
226
227   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
228
229   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
230   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
231       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
232
233   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
234       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
235
236   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
237 }
238
239 // Explicit template instantiation
240 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
241 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
242
243 } // namespace Pawns