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) 2004-2020 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
   4
   5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8   (at your option) any later version.
   9
  10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13   GNU General Public License for more details.
  14
  15   You should have received a copy of the GNU General Public License
  16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18
  19 #include <algorithm>
  20 #include <cassert>
  21
  22 #include "bitboard.h"
  23 #include "pawns.h"
  24 #include "position.h"
  25 #include "thread.h"
  26
  27 namespace {
  28
  29   #define V Value
  30   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  31
  32   // Pawn penalties
  33   constexpr Score Backward      = S( 8, 27);
  34   constexpr Score Doubled       = S(11, 55);
  35   constexpr Score Isolated      = S( 5, 17);
  36   constexpr Score WeakLever     = S( 2, 54);
  37   constexpr Score WeakUnopposed = S(15, 25);
  38
  39   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  40   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-13, -4), S(-4, 3) };
  41
  42   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB] = {
  43     S(0, 0), S(0, 0), S(76, 78), S(-10, 15), S(-7, 10), S(-4, 6), S(-1, 2)
  44   };
  45
  46   // Connected pawn bonus
  47   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 11, 24, 45, 85 };
  48
  49   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  50   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  51   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  52     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
  53     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
  54     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
  55     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
  56   };
  57
  58   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  59   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  60   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  61   // on edge, likely blocked by our king.
  62   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  63     { V( 85), V(-289), V(-166), V(97), V(50), V( 45), V( 50) },
  64     { V( 46), V( -25), V( 122), V(45), V(37), V(-10), V( 20) },
  65     { V( -6), V(  51), V( 168), V(34), V(-2), V(-22), V(-14) },
  66     { V(-15), V( -11), V( 101), V( 4), V(11), V(-15), V(-29) }
  67   };
  68
  69   #undef S
  70   #undef V
  71
  72
  73   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  74   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  75   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  76   /// be re-used even when the pieces have moved.
  77
  78   template<Color Us>
  79   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  80
  81     constexpr Color     Them = ~Us;
  82     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  83
  84     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  85     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  86     Square s;
  87     bool backward, passed, doubled;
  88     Score score = SCORE_ZERO;
  89     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  90
  91     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  92     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  93
  94     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
  95
  96     e->passedPawns[Us] = 0;
  97     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
  98     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  99     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 100
 101     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 102     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 103     {
 104         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 105
 106         Rank r = relative_rank(Us, s);
 107
 108         // Flag the pawn
 109         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 110         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 111         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 112         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 113         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 114         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 115         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 116         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 117         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 118
 119         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 120         // the adjacent files and cannot safely advance.
 121         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 122                   && (leverPush | blocked);
 123
 124         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 125         if (!backward && !blocked)
 126             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 127
 128         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 129         // (a) there is no stoppers except some levers
 130         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 131         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 132         //     (Refined in Evaluation::passed)
 133         passed =   !(stoppers ^ lever)
 134                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 135                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 136                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 137                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 138
 139         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 140
 141         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 142         // full attack info.
 143         if (passed)
 144             e->passedPawns[Us] |= s;
 145
 146         // Score this pawn
 147         if (support | phalanx)
 148         {
 149             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 150                    + 21 * popcount(support);
 151
 152             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 153         }
 154
 155         else if (!neighbours)
 156         {
 157             if (     opposed
 158                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 159                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 160                 score -= Doubled;
 161             else
 162                 score -=  Isolated
 163                         + WeakUnopposed * !opposed;
 164         }
 165
 166         else if (backward)
 167             score -=  Backward
 168                     + WeakUnopposed * !opposed;
 169
 170         if (!support)
 171             score -=  Doubled * doubled
 172                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 173
 174         if (blocked && r > RANK_4)
 175             score += BlockedPawn[r-4];
 176     }
 177
 178     return score;
 179   }
 180
 181 } // namespace
 182
 183 namespace Pawns {
 184
 185
 186 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 187 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 188 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 189 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 190
 191 Entry* probe(const Position& pos) {
 192
 193   Key key = pos.pawn_key();
 194   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 195
 196   if (e->key == key)
 197       return e;
 198
 199   e->key = key;
 200   e->blockedCount = 0;
 201   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 202   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 203
 204   return e;
 205 }
 206
 207
 208 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 209 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 210
 211 template<Color Us>
 212 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 213
 214   constexpr Color Them = ~Us;
 215
 216   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 217   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 218   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 219
 220   Score bonus = make_score(5, 5);
 221
 222   File center = std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 223   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 224   {
 225       b = ourPawns & file_bb(f);
 226       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 227
 228       b = theirPawns & file_bb(f);
 229       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 230
 231       int d = edge_distance(f);
 232       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 233
 234       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 235           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 236       else
 237           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 238   }
 239
 240   return bonus;
 241 }
 242
 243
 244 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 245 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 246
 247 template<Color Us>
 248 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 249
 250   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 251   kingSquares[Us] = ksq;
 252   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 253   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 254
 255   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 256
 257   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 258
 259   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 260       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 261
 262   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 263       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 264
 265   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 266   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 267   int minPawnDist = 6;
 268
 269   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 270       minPawnDist = 1;
 271   else while (pawns)
 272       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 273
 274   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 275 }
 276
 277 // Explicit template instantiation
 278 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 279 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 280
 281 } // namespace Pawns