More accurate pawn attack span definition
[stockfish] / src / pawns.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
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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
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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
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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 BlockedStorm  = S(82, 82);
37   constexpr Score Doubled       = S(11, 56);
38   constexpr Score Isolated      = S( 5, 15);
39   constexpr Score WeakLever     = S( 0, 56);
40   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 27);
41
42   // Connected pawn bonus
43   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
44
45   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
46   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
47   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
48     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
49     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
50     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
51     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
52   };
53
54   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
55   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
56   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
57   // on edge, likely blocked by our king.
58   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
59     { V( 89), V(-285), V(-185), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
60     { V( 44), V( -18), V( 123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
61     { V(  4), V(  52), V( 162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
62     { V(-10), V( -14), V(  90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
63   };
64
65   #undef S
66   #undef V
67
68   template<Color Us>
69   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
70
71     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
72     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
73
74     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
75     Bitboard lever, leverPush;
76     Square s;
77     bool backward, passed, doubled;
78     Score score = SCORE_ZERO;
79     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
80
81     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
82     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
83
84     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
85
86     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
87     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
88     e->pawnAttacks[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
89
90     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
91     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
92     {
93         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
94
95         Rank r = relative_rank(Us, s);
96
97         // Flag the pawn
98         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
99         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(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(s);
104         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
105         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
106
107         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
108         // the adjacent files and cannot safely advance. Phalanx and isolated
109         // pawns will be excluded when the pawn is scored.
110         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s))
111                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
112
113         // Span of backward pawns and span behind opposing pawns are not included
114         // in the pawnAttacksSpan bitboard.
115         if (!backward || phalanx)
116         {
117             if (opposed)
118                 e->pawnAttacksSpan[Us] |=  pawn_attack_span(Us, s) &
119                                           ~pawn_attack_span(Us, frontmost_sq(Them, opposed));
120             else
121                 e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
122         }
123
124         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
125         // (a) there is no stoppers except some levers
126         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
127         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
128         passed =   !(stoppers ^ lever)
129                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
130                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
131                 || (   stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5
132                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
133
134         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
135         // full attack info.
136         if (passed)
137             e->passedPawns[Us] |= s;
138
139         // Score this pawn
140         if (support | phalanx)
141         {
142             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
143                    + 21 * popcount(support);
144
145             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
146         }
147
148         else if (!neighbours)
149             score -=   Isolated
150                      + WeakUnopposed * !opposed;
151
152         else if (backward)
153             score -=   Backward
154                      + WeakUnopposed * !opposed;
155
156         if (!support)
157             score -=   Doubled * doubled
158                      + WeakLever * more_than_one(lever);
159     }
160
161     return score;
162   }
163
164 } // namespace
165
166 namespace Pawns {
167
168 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
169 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
170 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
171 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
172
173 Entry* probe(const Position& pos) {
174
175   Key key = pos.pawn_key();
176   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
177
178   if (e->key == key)
179       return e;
180
181   e->key = key;
182   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
183   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
184
185   return e;
186 }
187
188
189 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
190 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
191
192 template<Color Us>
193 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
194
195   constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
196
197   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
198   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
199   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
200
201   Score bonus = make_score(5, 5);
202
203   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
204   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
205   {
206       b = ourPawns & file_bb(f);
207       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
208
209       b = theirPawns & file_bb(f);
210       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
211
212       File d = map_to_queenside(f);
213       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
214
215       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
216           bonus -= BlockedStorm * int(theirRank == RANK_3);
217       else
218           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
219   }
220
221   return bonus;
222 }
223
224
225 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
226 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
227
228 template<Color Us>
229 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
230
231   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
232   kingSquares[Us] = ksq;
233   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
234
235   Score shelters[3] = { evaluate_shelter<Us>(pos, ksq),
236                         make_score(-VALUE_INFINITE, 0),
237                         make_score(-VALUE_INFINITE, 0) };
238
239   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
240   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
241       shelters[1] = evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1));
242
243   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
244       shelters[2] = evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1));
245
246   for (int i : {1, 2})
247      if (mg_value(shelters[i]) > mg_value(shelters[0]))
248          shelters[0] = shelters[i];
249
250   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
251   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
252   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
253
254   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
255       minPawnDist = 1;
256   else while (pawns)
257       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
258
259   return shelters[0] - make_score(0, 16 * minPawnDist);
260 }
261
262 // Explicit template instantiation
263 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
264 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
265
266 } // namespace Pawns