git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2008-2009 Marco Costalba
   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
  21 ////
  22 //// Includes
  23 ////
  24
  25 #include <cassert>
  26 #include <cstring>
  27
  28 #include "bitcount.h"
  29 #include "pawns.h"
  30 #include "position.h"
  31
  32
  33 ////
  34 //// Local definitions
  35 ////
  36
  37 namespace {
  38
  39   /// Constants and variables
  40
  41   // Doubled pawn penalty by file, middle game
  42   const Value DoubledPawnMidgamePenalty[8] = {
  43     Value(13), Value(20), Value(23), Value(23),
  44     Value(23), Value(23), Value(20), Value(13)
  45   };
  46
  47   // Doubled pawn penalty by file, endgame
  48   const Value DoubledPawnEndgamePenalty[8] = {
  49     Value(43), Value(48), Value(48), Value(48),
  50     Value(48), Value(48), Value(48), Value(43)
  51   };
  52
  53   // Isolated pawn penalty by file, middle game
  54   const Value IsolatedPawnMidgamePenalty[8] = {
  55     Value(25), Value(36), Value(40), Value(40),
  56     Value(40), Value(40), Value(36), Value(25)
  57   };
  58
  59   // Isolated pawn penalty by file, endgame
  60   const Value IsolatedPawnEndgamePenalty[8] = {
  61     Value(30), Value(35), Value(35), Value(35),
  62     Value(35), Value(35), Value(35), Value(30)
  63   };
  64
  65   // Backward pawn penalty by file, middle game
  66   const Value BackwardPawnMidgamePenalty[8] = {
  67     Value(20), Value(29), Value(33), Value(33),
  68     Value(33), Value(33), Value(29), Value(20)
  69   };
  70
  71   // Backward pawn penalty by file, endgame
  72   const Value BackwardPawnEndgamePenalty[8] = {
  73     Value(28), Value(31), Value(31), Value(31),
  74     Value(31), Value(31), Value(31), Value(28)
  75   };
  76
  77   // Pawn chain membership bonus by file, middle game
  78   const Value ChainMidgameBonus[8] = {
  79     Value(11), Value(13), Value(13), Value(14),
  80     Value(14), Value(13), Value(13), Value(11)
  81   };
  82
  83   // Pawn chain membership bonus by file, endgame
  84   const Value ChainEndgameBonus[8] = {
  85     Value(-1), Value(-1), Value(-1), Value(-1),
  86     Value(-1), Value(-1), Value(-1), Value(-1)
  87   };
  88
  89   // Candidate passed pawn bonus by rank, middle game
  90   const Value CandidateMidgameBonus[8] = {
  91     Value( 0), Value( 6), Value(6), Value(14),
  92     Value(34), Value(83), Value(0), Value( 0)
  93   };
  94
  95   // Candidate passed pawn bonus by rank, endgame
  96   const Value CandidateEndgameBonus[8] = {
  97     Value( 0), Value( 13), Value(13), Value(29),
  98     Value(68), Value(166), Value( 0), Value( 0)
  99   };
 100
 101   // Pawn storm tables for positions with opposite castling
 102   const int QStormTable[64] = {
 103     0,  0,  0,  0, 0, 0, 0, 0,
 104   -22,-22,-22,-14,-6, 0, 0, 0,
 105    -6,-10,-10,-10,-6, 0, 0, 0,
 106     4, 12, 16, 12, 4, 0, 0, 0,
 107    16, 23, 23, 16, 0, 0, 0, 0,
 108    23, 31, 31, 23, 0, 0, 0, 0,
 109    23, 31, 31, 23, 0, 0, 0, 0,
 110     0,  0,  0,  0, 0, 0, 0, 0
 111   };
 112
 113   const int KStormTable[64] = {
 114     0, 0, 0,  0,  0,  0,  0,  0,
 115     0, 0, 0,-10,-19,-28,-33,-33,
 116     0, 0, 0,-10,-15,-19,-24,-24,
 117     0, 0, 0,  0,  1,  1,  1,  1,
 118     0, 0, 0,  0,  1, 10, 19, 19,
 119     0, 0, 0,  0,  1, 19, 31, 27,
 120     0, 0, 0,  0,  0, 22, 31, 22,
 121     0, 0, 0,  0,  0,  0,  0,  0
 122   };
 123
 124   // Pawn storm open file bonuses by file
 125   const int16_t KStormOpenFileBonus[8] = { 31, 31, 18, 0, 0, 0, 0, 0 };
 126   const int16_t QStormOpenFileBonus[8] = { 0, 0, 0, 0, 0, 26, 42, 26 };
 127
 128   // Pawn storm lever bonuses by file
 129   const int StormLeverBonus[8] = { -8, -8, -13, 0, 0, -13, -8, -8 };
 130
 131 }
 132
 133
 134 ////
 135 //// Functions
 136 ////
 137
 138 /// Constructor
 139
 140 PawnInfoTable::PawnInfoTable(unsigned numOfEntries) {
 141
 142   size = numOfEntries;
 143   entries = new PawnInfo[size];
 144   if (!entries)
 145   {
 146       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(PawnInfo))
 147                 << " bytes for pawn hash table." << std::endl;
 148       Application::exit_with_failure();
 149   }
 150 }
 151
 152
 153 /// Destructor
 154
 155 PawnInfoTable::~PawnInfoTable() {
 156   delete [] entries;
 157 }
 158
 159
 160 /// PawnInfo::clear() resets to zero the PawnInfo entry. Note that
 161 /// kingSquares[] is initialized to SQ_NONE instead.
 162
 163 void PawnInfo::clear() {
 164
 165   memset(this, 0, sizeof(PawnInfo));
 166   kingSquares[WHITE] = kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
 167 }
 168
 169
 170 /// PawnInfoTable::get_pawn_info() takes a position object as input, computes
 171 /// a PawnInfo object, and returns a pointer to it.  The result is also
 172 /// stored in a hash table, so we don't have to recompute everything when
 173 /// the same pawn structure occurs again.
 174
 175 PawnInfo* PawnInfoTable::get_pawn_info(const Position& pos) {
 176
 177   assert(pos.is_ok());
 178
 179   Key key = pos.get_pawn_key();
 180   int index = int(key & (size - 1));
 181   PawnInfo* pi = entries + index;
 182
 183   // If pi->key matches the position's pawn hash key, it means that we
 184   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
 185   // the information we found the last time instead of recomputing it.
 186   if (pi->key == key)
 187       return pi;
 188
 189   // Clear the PawnInfo object, and set the key
 190   pi->clear();
 191   pi->key = key;
 192
 193   // Calculate pawn attacks
 194   Bitboard whitePawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
 195   Bitboard blackPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
 196   pi->pawnAttacks[WHITE] = ((whitePawns << 9) & ~FileABB) | ((whitePawns << 7) & ~FileHBB);
 197   pi->pawnAttacks[BLACK] = ((blackPawns >> 7) & ~FileABB) | ((blackPawns >> 9) & ~FileHBB);
 198
 199   // Evaluate pawns for both colors
 200   Values whiteValues = evaluate_pawns<WHITE>(pos, whitePawns, blackPawns, pi);
 201   Values blackValues = evaluate_pawns<BLACK>(pos, blackPawns, whitePawns, pi);
 202
 203   pi->mgValue = int16_t(whiteValues.first - blackValues.first);
 204   pi->egValue = int16_t(whiteValues.second - blackValues.second);
 205   return pi;
 206 }
 207
 208
 209 /// PawnInfoTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
 210
 211 template<Color Us>
 212 PawnInfoTable::Values PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
 213                                                     Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
 214   Square s;
 215   File f;
 216   Rank r;
 217   bool passed, isolated, doubled, chain, backward, candidate;
 218   int bonus;
 219   Value mgValue = Value(0);
 220   Value egValue = Value(0);
 221   const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, PAWN);
 222
 223   // Initialize pawn storm scores by giving bonuses for open files
 224   for (f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 225       if (!(ourPawns & file_bb(f)))
 226       {
 227           pi->ksStormValue[Us] += KStormOpenFileBonus[f];
 228           pi->qsStormValue[Us] += QStormOpenFileBonus[f];
 229           pi->halfOpenFiles[Us] |= (1 << f);
 230       }
 231
 232   // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 233   while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
 234   {
 235       f = square_file(s);
 236       r = square_rank(s);
 237
 238       assert(pos.piece_on(s) == piece_of_color_and_type(Us, PAWN));
 239
 240       // Passed, isolated or doubled pawn?
 241       passed   = Position::pawn_is_passed(theirPawns, Us, s);
 242       isolated = Position::pawn_is_isolated(ourPawns, s);
 243       doubled  = Position::pawn_is_doubled(ourPawns, Us, s);
 244
 245       // We calculate kingside and queenside pawn storm
 246       // scores for both colors. These are used when evaluating
 247       // middle game positions with opposite side castling.
 248       //
 249       // Each pawn is given a base score given by a piece square table
 250       // (KStormTable[] or QStormTable[]). Pawns which seem to have good
 251       // chances of creating an open file by exchanging itself against an
 252       // enemy pawn on an adjacent file gets an additional bonus.
 253
 254       // Kingside pawn storms
 255       bonus = KStormTable[relative_square(Us, s)];
 256       if (f >= FILE_F)
 257       {
 258           Bitboard b = outpost_mask(Us, s) & theirPawns & (FileFBB | FileGBB | FileHBB);
 259           while (b)
 260           {
 261               Square s2 = pop_1st_bit(&b);
 262               if (!(theirPawns & neighboring_files_bb(s2) & rank_bb(s2)))
 263               {
 264                   // The enemy pawn has no pawn beside itself, which makes it
 265                   // particularly vulnerable. Big bonus, especially against a
 266                   // weakness on the rook file.
 267                   if (square_file(s2) == FILE_H)
 268                       bonus += 4*StormLeverBonus[f] - 8*square_distance(s, s2);
 269                   else
 270                       bonus += 2*StormLeverBonus[f] - 4*square_distance(s, s2);
 271               } else
 272                   // There is at least one enemy pawn beside the enemy pawn we look
 273                   // at, which means that the pawn has somewhat better chances of
 274                   // defending itself by advancing. Smaller bonus.
 275                   bonus += StormLeverBonus[f] - 2*square_distance(s, s2);
 276           }
 277       }
 278       pi->ksStormValue[Us] += bonus;
 279
 280       // Queenside pawn storms
 281       bonus = QStormTable[relative_square(Us, s)];
 282       if (f <= FILE_C)
 283       {
 284           Bitboard b = outpost_mask(Us, s) & theirPawns & (FileABB | FileBBB | FileCBB);
 285           while (b)
 286           {
 287               Square s2 = pop_1st_bit(&b);
 288               if (!(theirPawns & neighboring_files_bb(s2) & rank_bb(s2)))
 289               {
 290                   // The enemy pawn has no pawn beside itself, which makes it
 291                   // particularly vulnerable. Big bonus, especially against a
 292                   // weakness on the rook file.
 293                   if (square_file(s2) == FILE_A)
 294                       bonus += 4*StormLeverBonus[f] - 16*square_distance(s, s2);
 295                   else
 296                       bonus += 2*StormLeverBonus[f] - 8*square_distance(s, s2);
 297               } else
 298                   // There is at least one enemy pawn beside the enemy pawn we look
 299                   // at, which means that the pawn has somewhat better chances of
 300                   // defending itself by advancing. Smaller bonus.
 301                   bonus += StormLeverBonus[f] - 4*square_distance(s, s2);
 302           }
 303       }
 304       pi->qsStormValue[Us] += bonus;
 305
 306       // Member of a pawn chain (but not the backward one)? We could speed up
 307       // the test a little by introducing an array of masks indexed by color
 308       // and square for doing the test, but because everything is hashed,
 309       // it probably won't make any noticable difference.
 310       chain =  ourPawns
 311              & neighboring_files_bb(f)
 312              & (rank_bb(r) | rank_bb(r - (Us == WHITE ? 1 : -1)));
 313
 314       // Test for backward pawn
 315       //
 316       // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain
 317       // it cannot be backward. If can capture an enemy pawn or if
 318       // there are friendly pawns behind on neighboring files it cannot
 319       // be backward either.
 320       if (   (passed | isolated | chain)
 321           || (ourPawns & behind_bb(Us, r) & neighboring_files_bb(f))
 322           || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
 323           backward = false;
 324       else
 325       {
 326           // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
 327           // pawn on neighboring files. We now check whether the pawn is
 328           // backward by looking in the forward direction on the neighboring
 329           // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
 330           Bitboard b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
 331
 332           // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
 333           // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
 334           while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
 335               Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
 336
 337           // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the enemy
 338           // pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
 339           backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
 340       }
 341
 342       // Test for candidate passed pawn
 343       candidate =   !passed
 344                  && !(theirPawns & file_bb(f))
 345                  && (  count_1s_max_15(neighboring_files_bb(f) & (behind_bb(Us, r) | rank_bb(r)) & ourPawns)
 346                      - count_1s_max_15(neighboring_files_bb(f) & in_front_bb(Us, r)              & theirPawns)
 347                      >= 0);
 348
 349       // In order to prevent doubled passed pawns from receiving a too big
 350       // bonus, only the frontmost passed pawn on each file is considered as
 351       // a true passed pawn.
 352       if (passed && (ourPawns & squares_in_front_of(Us, s)))
 353           passed = false;
 354
 355       // Score this pawn
 356       if (passed)
 357           set_bit(&(pi->passedPawns), s);
 358
 359       if (isolated)
 360       {
 361           mgValue -= IsolatedPawnMidgamePenalty[f];
 362           egValue -= IsolatedPawnEndgamePenalty[f];
 363           if (!(theirPawns & file_bb(f)))
 364           {
 365               mgValue -= IsolatedPawnMidgamePenalty[f] / 2;
 366               egValue -= IsolatedPawnEndgamePenalty[f] / 2;
 367           }
 368       }
 369       if (doubled)
 370       {
 371           mgValue -= DoubledPawnMidgamePenalty[f];
 372           egValue -= DoubledPawnEndgamePenalty[f];
 373       }
 374       if (backward)
 375       {
 376           mgValue -= BackwardPawnMidgamePenalty[f];
 377           egValue -= BackwardPawnEndgamePenalty[f];
 378           if (!(theirPawns & file_bb(f)))
 379           {
 380               mgValue -= BackwardPawnMidgamePenalty[f] / 2;
 381               egValue -= BackwardPawnEndgamePenalty[f] / 2;
 382           }
 383       }
 384       if (chain)
 385       {
 386           mgValue += ChainMidgameBonus[f];
 387           egValue += ChainEndgameBonus[f];
 388       }
 389       if (candidate)
 390       {
 391           mgValue += CandidateMidgameBonus[relative_rank(Us, s)];
 392           egValue += CandidateEndgameBonus[relative_rank(Us, s)];
 393       }
 394   }
 395
 396   return Values(mgValue, egValue);
 397 }
 398
 399
 400 /// PawnInfo::updateShelter calculates and caches king shelter. It is called
 401 /// only when king square changes, about 20% of total get_king_shelter() calls.
 402 int PawnInfo::updateShelter(const Position& pos, Color c, Square ksq) {
 403
 404   unsigned shelter = 0;
 405   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, c) & this_and_neighboring_files_bb(ksq);
 406   unsigned r = ksq & (7 << 3);
 407   for (int i = 1, k = (c ? -8 : 8); i < 4; i++)
 408   {
 409       r += k;
 410       shelter += BitCount8Bit[(pawns >> r) & 0xFF] * (128 >> i);
 411   }
 412   kingSquares[c] = ksq;
 413   kingShelters[c] = shelter;
 414   return shelter;
 415 }