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, 25);
  34   constexpr Score Doubled       = S(10, 55);
  35   constexpr Score Isolated      = S( 3, 15);
  36   constexpr Score WeakLever     = S( 3, 55);
  37   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 25);
  38
  39   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  40   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-13, -4), S(-5, 2) };
  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, 5, 7, 11, 24, 48, 86 };
  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( -5), V( 82), V( 92), V( 54), V( 36), V( 22), V(  28) },
  53     { V(-44), V( 63), V( 33), V(-50), V(-30), V(-12), V( -62) },
  54     { V(-11), V( 77), V( 22), V( -6), V( 31), V(  8), V( -45) },
  55     { V(-39), V(-12), V(-29), V(-50), V(-43), V(-68), V(-164) }
  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( 87), V(-288), V(-168), V( 96), V( 47), V( 44), V( 46) },
  64     { V( 42), V( -25), V( 120), V( 45), V( 34), V( -9), V( 24) },
  65     { V( -8), V(  51), V( 167), V( 35), V( -4), V(-16), V(-12) },
  66     { V(-17), V( -13), V( 100), V(  4), V(  9), V(-16), V(-31) }
  67   };
  68
  69   // KingOnFile[semi-open Us][semi-open Them] contains bonuses/penalties
  70   // for king when the king is on a semi-open or open file.
  71   constexpr Score KingOnFile[2][2] = {{ S(-19,12), S(-6, 7)  },
  72                                      {  S(  0, 2), S( 6,-5) }};
  73
  74   #undef S
  75   #undef V
  76
  77
  78   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  79   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  80   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  81   /// be re-used even when the pieces have moved.
  82
  83   template<Color Us>
  84   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  85
  86     constexpr Color     Them = ~Us;
  87     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  88
  89     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  90     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  91     Square s;
  92     bool backward, passed, doubled;
  93     Score score = SCORE_ZERO;
  94     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN);
  95
  96     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  97     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  98
  99     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
 100
 101     e->passedPawns[Us] = 0;
 102     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 103     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 104     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 105
 106     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 107     while (b) {
 108         s = pop_lsb(&b);
 109
 110         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 111
 112         Rank r = relative_rank(Us, s);
 113
 114         // Flag the pawn
 115         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 116         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 117         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 118         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 119         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 120         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 121         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 122         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 123         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 124
 125         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 126         // the adjacent files and cannot safely advance.
 127         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 128                   && (leverPush | blocked);
 129
 130         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 131         if (!backward && !blocked)
 132             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 133
 134         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 135         // (a) there is no stoppers except some levers
 136         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 137         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 138         //     (Refined in Evaluation::passed)
 139         passed =   !(stoppers ^ lever)
 140                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 141                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 142                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 143                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 144
 145         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 146
 147         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 148         // full attack info.
 149         if (passed)
 150             e->passedPawns[Us] |= s;
 151
 152         // Score this pawn
 153         if (support | phalanx)
 154         {
 155             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 156                    + 22 * popcount(support);
 157
 158             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 159         }
 160
 161         else if (!neighbours)
 162         {
 163             if (     opposed
 164                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 165                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 166                 score -= Doubled;
 167             else
 168                 score -=  Isolated
 169                         + WeakUnopposed * !opposed;
 170         }
 171
 172         else if (backward)
 173             score -=  Backward
 174                     + WeakUnopposed * !opposed;
 175
 176         if (!support)
 177             score -=  Doubled * doubled
 178                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 179
 180         if (blocked && r >= RANK_5)
 181             score += BlockedPawn[r - RANK_5];
 182     }
 183
 184     return score;
 185   }
 186
 187 } // namespace
 188
 189 namespace Pawns {
 190
 191
 192 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 193 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 194 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 195 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 196
 197 Entry* probe(const Position& pos) {
 198
 199   Key key = pos.pawn_key();
 200   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 201
 202   if (e->key == key)
 203       return e;
 204
 205   e->key = key;
 206   e->blockedCount = 0;
 207   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 208   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 209
 210   return e;
 211 }
 212
 213
 214 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 215 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 216
 217 template<Color Us>
 218 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 219
 220   constexpr Color Them = ~Us;
 221
 222   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 223   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 224   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 225
 226   Score bonus = make_score(5, 5);
 227
 228   File center = std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 229   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 230   {
 231       b = ourPawns & file_bb(f);
 232       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 233
 234       b = theirPawns & file_bb(f);
 235       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 236
 237       int d = edge_distance(f);
 238       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 239
 240       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 241           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 242       else
 243           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 244   }
 245
 246   // King On File
 247   bonus -= KingOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Us, ksq)][pos.is_on_semiopen_file(Them, ksq)];
 248
 249   return bonus;
 250 }
 251
 252
 253 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 254 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 255
 256 template<Color Us>
 257 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 258
 259   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 260   kingSquares[Us] = ksq;
 261   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 262   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 263
 264   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 265
 266   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 267
 268   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 269       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 270
 271   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 272       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 273
 274   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 275   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 276   int minPawnDist = 6;
 277
 278   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 279       minPawnDist = 1;
 280   else while (pawns)
 281       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 282
 283   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 284 }
 285
 286 // Explicit template instantiation
 287 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 288 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 289
 290 } // namespace Pawns