8e3e7815ec60bdf8193979a015fc57abfb645db1
[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
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 #include "thread.h"
28
29 namespace {
30
31   #define V Value
32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
33
34   // Doubled pawn penalty by file
35   const Score Doubled[FILE_NB] = {
36     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
37     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
38
39   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
40   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
41   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
42     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
43   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
44     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
45
46   // Backward pawn penalty by opposed flag
47   const Score Backward[2] = { S(67, 56), S(49, 40) };
48
49   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
50   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
51
52   // Levers bonus by rank
53   const Score Lever[RANK_NB] = {
54     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
55     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
56
57   // Unsupported pawn penalty
58   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
59
60   // Center bind bonus: Two pawns controlling the same central square
61   const Bitboard CenterBindMask[COLOR_NB] = {
62     (FileDBB | FileEBB) & (Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB),
63     (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB)
64   };
65
66   const Score CenterBind = S(16, 0);
67
68   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
69   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
70   { V( 99), V(20), V(26), V(54), V(85), V( 92), V(108) },
71   { V(117), V( 1), V(27), V(71), V(94), V(104), V(118) },
72   { V(104), V( 4), V(51), V(76), V(82), V(102), V( 97) },
73   { V( 80), V(12), V(43), V(65), V(88), V( 91), V(115) } };
74
75   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
76   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
77   { { V( 0),  V(  65), V( 126), V(36), V(30) },
78     { V( 0),  V(  55), V( 135), V(36), V(23) },
79     { V( 0),  V(  47), V( 116), V(45), V(26) },
80     { V( 0),  V(  62), V( 127), V(57), V(34) } },
81   { { V(21),  V(  45), V(  93), V(50), V(19) },
82     { V(23),  V(  24), V( 105), V(41), V(13) },
83     { V(23),  V(  36), V( 101), V(38), V(20) },
84     { V(30),  V(  19), V( 110), V(41), V(27) } },
85   { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(14), V( 4) },
86     { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 3) },
87     { V( 0),  V(   0), V( 168), V(24), V( 5) },
88     { V( 0),  V(   0), V( 162), V(26), V(10) } },
89   { { V( 0),  V(-283), V(-298), V(57), V(29) },
90     { V( 0),  V(  63), V( 137), V(42), V(18) },
91     { V( 0),  V(  67), V( 145), V(49), V(33) },
92     { V( 0),  V(  62), V( 126), V(53), V(21) } } };
93
94   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
95   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
96   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
97
98   #undef S
99   #undef V
100
101   template<Color Us>
102   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
103
104     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
105     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
106     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
107     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
108
109     Bitboard b, neighbours, doubled, supported, phalanx;
110     Square s;
111     bool passed, isolated, opposed, backward, lever, connected;
112     Score score = SCORE_ZERO;
113     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
114     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
115
116     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
117     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
118
119     e->passedPawns[Us] = 0;
120     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
121     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
122     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
123     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
124     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
125
126     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
127     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
128     {
129         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
130
131         File f = file_of(s);
132
133         // This file cannot be semi-open
134         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
135
136         // Flag the pawn
137         neighbours  =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
138         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
139         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
140         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
141         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
142         phalanx     =   neighbours & rank_bb(s);
143         supported   =   neighbours & rank_bb(s - Up);
144         connected   =   supported | phalanx;
145         isolated    =  !neighbours;
146
147         // Test for backward pawn.
148         // If the pawn is passed, isolated, lever or connected it cannot be
149         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
150         // it cannot be backward either.
151         if (   (passed | isolated | lever | connected)
152             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
153             backward = false;
154         else
155         {
156             // We now know 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             score -= Isolated[opposed][f];
179
180         else if (backward)
181             score -= Backward[opposed];
182
183         else if (!supported)
184             score -= UnsupportedPawnPenalty;
185
186         if (connected)
187             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
188
189         if (doubled)
190             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
191
192         if (lever)
193             score += 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     // Center binds: Two pawns controlling the same central square
200     b = shift_bb<Right>(ourPawns) & shift_bb<Left>(ourPawns) & CenterBindMask[Us];
201     score += popcount<Max15>(b) * CenterBind;
202
203     return score;
204   }
205
206 } // namespace
207
208 namespace Pawns {
209
210 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
211 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
212 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
213
214 void init()
215 {
216   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
217
218   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
219       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
220           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
221               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
222   {
223       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
224       v += (apex ? v / 2 : 0);
225       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(3 * v / 2, v);
226   }
227 }
228
229
230 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
231 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
232 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
233 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
234
235 Entry* probe(const Position& pos) {
236
237   Key key = pos.pawn_key();
238   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
239
240   if (e->key == key)
241       return e;
242
243   e->key = key;
244   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
245   return e;
246 }
247
248
249 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
250 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
251
252 template<Color Us>
253 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
254
255   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
256
257   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
258
259   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
260   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
261   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
262   Value safety = MaxSafetyBonus;
263   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
264
265   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
266   {
267       b = ourPawns & file_bb(f);
268       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
269
270       b  = theirPawns & file_bb(f);
271       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
272
273       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
274                + StormDanger
275                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
276                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
277                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
278                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
279   }
280
281   return safety;
282 }
283
284
285 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
286 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
287
288 template<Color Us>
289 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
290
291   kingSquares[Us] = ksq;
292   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
293   int minKingPawnDistance = 0;
294
295   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
296   if (pawns)
297       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
298
299   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
300       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance);
301
302   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
303
304   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
305   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
306       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
307
308   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
309       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
310
311   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
312 }
313
314 // Explicit template instantiation
315 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
316 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
317
318 } // namespace Pawns