acc3d77096dd10f79742c4be15e69d2baa76fa9c
[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 WeakUnopposed = S( 13, 27);
39   constexpr Score Attacked2Unsupported = S( 0, 20);
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 b, neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
74     Bitboard lever, leverPush;
75     Square s;
76     bool opposed, backward;
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     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
84     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
85     e->pawnAttacks[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
86
87     // Unsupported enemy pawns attacked twice by us
88     score += Attacked2Unsupported * popcount(  theirPawns
89                                              & pawn_double_attacks_bb<Us>(ourPawns)
90                                              & ~pawn_attacks_bb<Them>(theirPawns));
91
92     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
93     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
94     {
95         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
96
97         Rank r = relative_rank(Us, s);
98
99         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
100
101         // Flag the pawn
102         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
103         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
104         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
105         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
106         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
107         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
108         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
109         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
110
111         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
112         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
113         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
114                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
115
116         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
117         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
118         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
119         // not attacked more times than defended.
120         if (   !(stoppers ^ lever) ||
121               (!(stoppers ^ leverPush) && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush)))
122             e->passedPawns[Us] |= s;
123
124         else if (stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5)
125         {
126             b = shift<Up>(support) & ~theirPawns;
127             while (b)
128                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
129                     e->passedPawns[Us] |= s;
130         }
131
132         // Score this pawn
133         if (support | phalanx)
134         {
135             int v =  Connected[r] * (phalanx ? 3 : 2) / (opposed ? 2 : 1)
136                    + 17 * popcount(support);
137
138             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
139         }
140         else if (!neighbours)
141             score -= Isolated + WeakUnopposed * int(!opposed);
142
143         else if (backward)
144             score -= Backward + WeakUnopposed * int(!opposed);
145
146         if (doubled && !support)
147             score -= Doubled;
148     }
149
150     return score;
151   }
152
153 } // namespace
154
155 namespace Pawns {
156
157 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
158 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
159 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
160 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
161
162 Entry* probe(const Position& pos) {
163
164   Key key = pos.pawn_key();
165   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
166
167   if (e->key == key)
168       return e;
169
170   e->key = key;
171   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
172   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
173
174   return e;
175 }
176
177
178 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
179 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
180
181 template<Color Us>
182 void Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq, Score& shelter) {
183
184   constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
185
186   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
187   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
188   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
189
190   Score bonus = make_score(5, 5);
191
192   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
193   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
194   {
195       b = ourPawns & file_bb(f);
196       Rank ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
197
198       b = theirPawns & file_bb(f);
199       Rank theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
200
201       int d = std::min(f, ~f);
202       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
203
204       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
205           bonus -= make_score(82 * (theirRank == RANK_3), 82 * (theirRank == RANK_3));
206       else
207           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
208   }
209
210   if (mg_value(bonus) > mg_value(shelter))
211       shelter = bonus;
212 }
213
214
215 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
216 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
217
218 template<Color Us>
219 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
220
221   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
222   kingSquares[Us] = ksq;
223   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
224
225   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
226   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
227
228   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
229       minPawnDist = 1;
230
231   else while (pawns)
232       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
233
234   Score shelter = make_score(-VALUE_INFINITE, VALUE_ZERO);
235   evaluate_shelter<Us>(pos, ksq, shelter);
236
237   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
238   if (pos.can_castle(Us | KING_SIDE))
239       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1), shelter);
240
241   if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
242       evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1), shelter);
243
244   return shelter - make_score(VALUE_ZERO, 16 * minPawnDist);
245 }
246
247 // Explicit template instantiation
248 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
249 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
250
251 } // namespace Pawns