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   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  42   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-11, -4), S(-3, 4) };
  43
  44   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB] = {
  45     S(0, 0), S(0, 0), S(76, 78), S(-10, 15), S(-7, 10), S(-4, 6), S(-1, 2)
  46   };
  47
  48   // Connected pawn bonus
  49   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
  50
  51   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  52   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  53   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  54     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
  55     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
  56     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
  57     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
  58   };
  59
  60   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  61   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  62   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  63   // on edge, likely blocked by our king.
  64   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  65     { V( 85), V(-289), V(-166), V(97), V(50), V( 45), V( 50) },
  66     { V( 46), V( -25), V( 122), V(45), V(37), V(-10), V( 20) },
  67     { V( -6), V(  51), V( 168), V(34), V(-2), V(-22), V(-14) },
  68     { V(-15), V( -11), V( 101), V( 4), V(11), V(-15), V(-29) }
  69   };
  70
  71   #undef S
  72   #undef V
  73
  74
  75   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  76   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  77   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  78   /// be re-used even when the pieces have moved.
  79
  80   template<Color Us>
  81   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  82
  83     constexpr Color     Them = ~Us;
  84     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  85
  86     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  87     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  88     Square s;
  89     bool backward, passed, doubled;
  90     Score score = SCORE_ZERO;
  91     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  92
  93     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  94     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  95
  96     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
  97
  98     e->passedPawns[Us] = 0;
  99     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 100     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 101     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 102
 103     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 104     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 105     {
 106         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 107
 108         Rank r = relative_rank(Us, s);
 109
 110         // Flag the pawn
 111         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 112         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 113         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 114         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 115         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 116         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 117         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 118         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 119         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 120
 121         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 122         // the adjacent files and cannot safely advance.
 123         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 124                   && (leverPush | blocked);
 125
 126         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 127         if (!backward && !blocked)
 128             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 129
 130         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 131         // (a) there is no stoppers except some levers
 132         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 133         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 134         //     (Refined in Evaluation::passed)
 135         passed =   !(stoppers ^ lever)
 136                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 137                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 138                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 139                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 140
 141         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 142
 143         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 144         // full attack info.
 145         if (passed)
 146             e->passedPawns[Us] |= s;
 147
 148         // Score this pawn
 149         if (support | phalanx)
 150         {
 151             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 152                    + 21 * popcount(support);
 153
 154             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 155         }
 156
 157         else if (!neighbours)
 158         {
 159             if (     opposed
 160                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 161                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 162                 score -= Doubled;
 163             else
 164                 score -=  Isolated
 165                         + WeakUnopposed * !opposed;
 166         }
 167
 168         else if (backward)
 169             score -=  Backward
 170                     + WeakUnopposed * !opposed;
 171
 172         if (!support)
 173             score -=  Doubled * doubled
 174                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 175
 176         if (blocked && r > RANK_4)
 177             score += BlockedPawn[r-4];
 178     }
 179
 180     return score;
 181   }
 182
 183 } // namespace
 184
 185 namespace Pawns {
 186
 187
 188 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 189 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 190 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 191 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 192
 193 Entry* probe(const Position& pos) {
 194
 195   Key key = pos.pawn_key();
 196   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 197
 198   if (e->key == key)
 199       return e;
 200
 201   e->key = key;
 202   e->blockedCount = 0;
 203   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 204   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 205
 206   return e;
 207 }
 208
 209
 210 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 211 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 212
 213 template<Color Us>
 214 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 215
 216   constexpr Color Them = ~Us;
 217
 218   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 219   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 220   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 221
 222   Score bonus = make_score(5, 5);
 223
 224   File center = Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 225   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 226   {
 227       b = ourPawns & file_bb(f);
 228       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 229
 230       b = theirPawns & file_bb(f);
 231       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 232
 233       int d = edge_distance(f);
 234       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 235
 236       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 237           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 238       else
 239           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 240   }
 241
 242   return bonus;
 243 }
 244
 245
 246 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 247 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 248
 249 template<Color Us>
 250 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 251
 252   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 253   kingSquares[Us] = ksq;
 254   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 255   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 256
 257   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 258
 259   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 260
 261   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 262       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 263
 264   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 265       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 266
 267   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 268   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 269   int minPawnDist = 6;
 270
 271   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 272       minPawnDist = 1;
 273   else while (pawns)
 274       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 275
 276   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 277 }
 278
 279 // Explicit template instantiation
 280 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 281 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 282
 283 } // namespace Pawns