86c4b8ef2520eba9a1b64bf231ca93e5f2aadc16
[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 <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   // Connected pawn bonus
42   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
43
44   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
45   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
46   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
47     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
48     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
49     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
50     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
51   };
52
53   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
54   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
55   // is behind our king.
56   // [0][1-2] accommodate opponent pawn on edge (likely blocked by our king)
57   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
58     { V( 89), V(-285), V(-185), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
59     { V( 44), V( -18), V( 123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
60     { V(  4), V(  52), V( 162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
61     { V(-10), V( -14), V(  90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
62   };
63
64   #undef S
65   #undef V
66
67   template<Color Us>
68   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
69
70     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
71     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
72
73     Bitboard neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
74     Bitboard lever, leverPush;
75     Square s;
76     bool opposed, backward, passed;
77     Score score = SCORE_ZERO;
78     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
79
80     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
81     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
82
83     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
84
85     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
86     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
87     e->pawnAttacks[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
88
89     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
90     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
91     {
92         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
93
94         Rank r = relative_rank(Us, s);
95
96         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
97
98         // Flag the pawn
99         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
100         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
101         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
102         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
103         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
104         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
105         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
106         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
107
108         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
109         // the adjacent files and cannot safely advance. Phalanx and isolated
110         // pawns will be excluded when the pawn is scored.
111         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s))
112                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
113
114         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
115         // (a) there is no stoppers except some levers
116         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
117         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
118         passed =   !(stoppers ^ lever)
119                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
120                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
121                 || (   stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5
122                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
123
124         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
125         // full attack info.
126         if (passed)
127             e->passedPawns[Us] |= s;
128
129         // Score this pawn
130         if (support | phalanx)
131         {
132             int v =  Connected[r] * (phalanx ? 3 : 2) / (opposed ? 2 : 1)
133                    + 17 * popcount(support);
134
135             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
136         }
137
138         else if (!neighbours)
139             score -= Isolated + WeakUnopposed * int(!opposed);
140
141         else if (backward)
142             score -= Backward + WeakUnopposed * int(!opposed);
143
144         if (doubled && !support)
145             score -= Doubled;
146     }
147
148     // Penalize our unsupported pawns attacked twice by enemy pawns
149     score -= WeakLever * popcount(  ourPawns
150                                   & doubleAttackThem
151                                   & ~e->pawnAttacks[Us]);
152
153     return score;
154   }
155
156 } // namespace
157
158 namespace Pawns {
159
160 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
161 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
162 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
163 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
164
165 Entry* probe(const Position& pos) {
166
167   Key key = pos.pawn_key();
168   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
169
170   if (e->key == key)
171       return e;
172
173   e->key = key;
174   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
175   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
176
177   return e;
178 }
179
180
181 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
182 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
183
184 template<Color Us>
185 void Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq, Score& shelter) {
186
187   constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
188
189   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
190   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
191   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
192
193   Score bonus = make_score(5, 5);
194
195   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
196   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
197   {
198       b = ourPawns & file_bb(f);
199       Rank ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
200
201       b = theirPawns & file_bb(f);
202       Rank theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
203
204       int d = std::min(f, ~f);
205       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
206
207       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
208           bonus -= make_score(82 * (theirRank == RANK_3), 82 * (theirRank == RANK_3));
209       else
210           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
211   }
212
213   if (mg_value(bonus) > mg_value(shelter))
214       shelter = bonus;
215 }
216
217
218 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
219 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
220
221 template<Color Us>
222 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
223
224   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
225   kingSquares[Us] = ksq;
226   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
227
228   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
229   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
230
231   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
232       minPawnDist = 1;
233
234   else while (pawns)
235       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
236
237   Score shelter = make_score(-VALUE_INFINITE, VALUE_ZERO);
238   evaluate_shelter<Us>(pos, ksq, shelter);
239
240   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
241   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
242       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1), shelter);
243
244   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
245       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1), shelter);
246
247   return shelter - make_score(VALUE_ZERO, 16 * minPawnDist);
248 }
249
250 // Explicit template instantiation
251 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
252 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
253
254 } // namespace Pawns