8141df89216d3ceb5b88956b5a7dfa6db5265d25
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "bitcount.h"
25 #include "pawns.h"
26 #include "position.h"
27
28 namespace {
29
30   #define V Value
31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
32
33   // Doubled pawn penalty by file
34   const Score Doubled[FILE_NB] = {
35     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
36     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
37
38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
39   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
40   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
41     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
42   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
43     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
44
45   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
46   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
47   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
48     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
49   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
50     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
51
52   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx flags and rank
53   Score Connected[2][2][RANK_NB];
54
55   // Levers bonus by rank
56   const Score Lever[RANK_NB] = {
57     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
58     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
59
60   // Unsupported pawn penalty
61   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
62
63   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [file pairs (a/h,b/g,c/f,d/e)][rank]
64   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
65   { V(101), V(10), V(24), V(68), V(90), V( 95), V(102) },
66   { V(105), V( 1), V(30), V(76), V(95), V(100), V(105) },
67   { V( 99), V( 0), V(32), V(72), V(92), V(101), V(100) },
68   { V( 94), V( 1), V(31), V(68), V(89), V( 98), V(106) } };
69
70   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
71   // [file pairs (a/h,b/g,c/f,d/e)][no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked by pawn| pawn blocked by king][rank of enemy pawn]
72   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
73   { { V( 0),  V(  61), V( 128), V(47), V(27) },
74     { V(25),  V(  33), V(  95), V(39), V(21) },
75     { V( 0),  V(   0), V(  80), V(14), V( 8) },
76     { V( 0),  V(-300), V(-300), V(54), V(23) } },
77   { { V( 0),  V(  66), V( 131), V(49), V(27) },
78     { V(24),  V(  33), V(  97), V(42), V(22) },
79     { V( 0),  V(   0), V( 163), V(28), V(12) },
80     { V( 0),  V(  67), V( 128), V(46), V(24) }  },
81   { { V( 0),  V(  62), V( 126), V(52), V(23) },
82     { V(24),  V(  33), V(  93), V(35), V(23) },
83     { V( 0),  V(   0), V( 163), V(25), V(15) },
84     { V( 0),  V(  64), V( 130), V(50), V(29) }  },
85   { { V( 0),  V(  63), V( 128), V(52), V(26) },
86     { V(26),  V(  27), V(  96), V(37), V(22) },
87     { V( 0),  V(   0), V( 161), V(24), V(14) },
88     { V( 0),  V(  63), V( 127), V(51), V(24) }  } };
89
90   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
91   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
92   const Value MaxSafetyBonus = V(261);
93
94   #undef S
95   #undef V
96
97   template<Color Us>
98   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
99
100     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
101     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
102     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
103     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
104
105     Bitboard b, p, doubled, connected;
106     Square s;
107     bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, lever;
108     Score value = SCORE_ZERO;
109     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
110     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
111
112     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
113     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
114
115     e->passedPawns[Us] = 0;
116     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
117     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
118     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
119     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
120     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
121
122     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
123     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
124     {
125         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
126
127         File f = file_of(s);
128
129         // This file cannot be semi-open
130         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
131
132         // Previous rank
133         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
134
135         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
136         // unsupported or connected (but not the backward one).
137         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
138         phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
139         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
140         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
141         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
142         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
143         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
144         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
145
146         // Test for backward pawn.
147         // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
148         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
149         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
150         if (   (passed | isolated | connected)
151             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
152             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
153             backward = false;
154         else
155         {
156             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
157             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
158             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
159             // files, and picking the closest pawn there.
160             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
161             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
162
163             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
164             // backward because it cannot advance without being captured.
165             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
166         }
167
168         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
169
170         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
171         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
172         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
173         if (passed && !doubled)
174             e->passedPawns[Us] |= s;
175
176         // Score this pawn
177         if (isolated)
178             value -= Isolated[opposed][f];
179
180         if (unsupported && !isolated)
181             value -= UnsupportedPawnPenalty;
182
183         if (doubled)
184             value -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
185
186         if (backward)
187             value -= Backward[opposed][f];
188
189         if (connected)
190             value += Connected[opposed][phalanx][relative_rank(Us, s)];
191
192         if (lever)
193             value += Lever[relative_rank(Us, s)];
194     }
195
196     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
197     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
198
199     return value;
200   }
201
202 } // namespace
203
204 namespace Pawns {
205
206 /// init() initializes some tables used by evaluation. Instead of hard-coded
207 /// tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula to
208 /// reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
209
210 void init()
211 {
212   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
213
214   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
215       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
216           for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
217           {
218               int bonus = Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0);
219               Connected[opposed][phalanx][r] = make_score(bonus / 2, bonus >> opposed);
220           }
221 }
222
223
224 /// probe() takes a position as input, computes a Entry object, and returns a
225 /// pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
226 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
227
228 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
229
230   Key key = pos.pawn_key();
231   Entry* e = entries[key];
232
233   if (e->key == key)
234       return e;
235
236   e->key = key;
237   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
238   return e;
239 }
240
241
242 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
243 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
244
245 template<Color Us>
246 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
247
248   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
249
250   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
251   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
252   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
253   Value safety = MaxSafetyBonus;
254   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
255
256   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
257   {
258       b = ourPawns & file_bb(f);
259       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
260
261       b  = theirPawns & file_bb(f);
262       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
263
264       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
265                + StormDanger[std::min(f, FILE_H - f)]
266                             [file_of(ksq) == f && relative_rank(Us, ksq) == rkThem - 1 ? 3 :
267                              rkUs   == RANK_1                                          ? 0 :
268                              rkThem != rkUs + 1                                        ? 1 : 
269                              /* pawn blocked by pawn */                                  2 ]
270                             [rkThem];
271   }
272
273   return safety;
274 }
275
276
277 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
278 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
279
280 template<Color Us>
281 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
282
283   kingSquares[Us] = ksq;
284   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
285   minKingPawnDistance[Us] = 0;
286
287   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
288   if (pawns)
289       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
290
291   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
292       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
293
294   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
295
296   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
297   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
298       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
299
300   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
301       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
302
303   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
304 }
305
306 // Explicit template instantiation
307 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
308 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
309
310 } // namespace Pawns