c1a93169bd7e394f3b3abffb1234a122864e479d
[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) 2008-2013 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 <cassert>
21
22 #include "bitboard.h"
23 #include "bitcount.h"
24 #include "pawns.h"
25 #include "position.h"
26
27 namespace {
28
29   #define V Value
30   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
31
32   // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
33   const Score DoubledPawnPenalty[2][FILE_NB] = {
34   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
35     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
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 IsolatedPawnPenalty[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 and file
47   const Score BackwardPawnPenalty[2][FILE_NB] = {
48   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
49     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
50   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
51     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
52
53   // Pawn chain membership bonus by file
54   const Score ChainBonus[FILE_NB] = {
55     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
56     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
57   };
58
59   // Candidate passed pawn bonus by rank
60   const Score CandidateBonus[RANK_NB] = {
61     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
62     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
63   };
64
65   const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
66
67   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
68   const Value ShelterWeakness[2][RANK_NB] =
69   { { V(141), V(0), V(38), V(102), V(128), V(141), V(141) },
70     { V( 61), V(0), V(16), V( 44), V( 56), V( 61), V( 61) } };
71
72   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
73   const Value StormDanger[2][RANK_NB] =
74   { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26) },
75     { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13) } };
76
77   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
78   // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
79   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
80
81   #undef S
82   #undef V
83
84   template<Color Us>
85   Score evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
86                        Bitboard theirPawns, Pawns::Entry* e) {
87
88     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
89
90     Bitboard b;
91     Square s;
92     File f;
93     Rank r;
94     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
95     Score value = SCORE_ZERO;
96     const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
97
98     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
99     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
100     {
101         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
102
103         f = file_of(s);
104         r = rank_of(s);
105
106         // This file cannot be half open
107         e->halfOpenFiles[Us] &= ~(1 << f);
108
109         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
110         b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
111
112         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
113         // chain (but not the backward one).
114         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
115         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
116         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
117         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
118         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
119
120         // Test for backward pawn
121         backward = false;
122
123         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
124         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
125         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
126         if (   !(passed | isolated | chain)
127             && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
128             && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
129         {
130             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
131             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
132             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
133             // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
134             b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
135
136             // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
137             // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
138             while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
139                 Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
140
141             // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
142             // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
143             backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
144         }
145
146         assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
147
148         // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
149         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
150         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
151         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
152         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
153                    && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
154                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
155
156         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
157         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
158         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
159         if (passed && !doubled)
160             e->passedPawns[Us] |= s;
161
162         // Score this pawn
163         if (isolated)
164             value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
165
166         if (doubled)
167             value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
168
169         if (backward)
170             value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
171
172         if (chain)
173             value += ChainBonus[f];
174
175         if (candidate)
176             value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
177     }
178
179     return value;
180   }
181 }
182
183 namespace Pawns {
184
185 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
186 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
187 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
188
189 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
190
191   Key key = pos.pawn_key();
192   Entry* e = entries[key];
193
194   // If e->key matches the position's pawn hash key, it means that we
195   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
196   // the information we found the last time instead of recomputing it.
197   if (e->key == key)
198       return e;
199
200   e->key = key;
201   e->passedPawns[WHITE] = e->passedPawns[BLACK] = 0;
202   e->kingSquares[WHITE] = e->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
203   e->halfOpenFiles[WHITE] = e->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
204
205   Bitboard wPawns = pos.pieces(WHITE, PAWN);
206   Bitboard bPawns = pos.pieces(BLACK, PAWN);
207   e->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns & ~FileHBB) << 9) | ((wPawns & ~FileABB) << 7);
208   e->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns & ~FileHBB) >> 7) | ((bPawns & ~FileABB) >> 9);
209
210   e->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, e)
211             - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, e);
212
213   e->value = apply_weight(e->value, PawnStructureWeight);
214
215   return e;
216 }
217
218
219 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
220 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
221
222 template<Color Us>
223 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
224
225   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
226
227   Value safety = MaxSafetyBonus;
228   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
229   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~rank_bb(ksq);
230   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
231   Rank rkUs, rkThem;
232   File kf = file_of(ksq);
233
234   kf = (kf == FILE_A) ? FILE_B : (kf == FILE_H) ? FILE_G : kf;
235
236   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
237   {
238       // Shelter penalty is higher for the pawn in front of the king
239       b = ourPawns & FileBB[f];
240       rkUs = b ? rank_of(Us == WHITE ? lsb(b) : ~msb(b)) : RANK_1;
241       safety -= ShelterWeakness[f != kf][rkUs];
242
243       // Storm danger is smaller if enemy pawn is blocked
244       b  = theirPawns & FileBB[f];
245       rkThem = b ? rank_of(Us == WHITE ? lsb(b) : ~msb(b)) : RANK_1;
246       safety -= StormDanger[rkThem == rkUs + 1][rkThem];
247   }
248
249   return safety;
250 }
251
252
253 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
254 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
255
256 template<Color Us>
257 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
258
259   kingSquares[Us] = ksq;
260   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
261   minKPdistance[Us] = 0;
262
263   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
264   if (pawns)
265       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
266
267   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
268       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
269
270   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
271
272   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
273   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
274       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
275
276   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
277       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
278
279   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
280 }
281
282 // Explicit template instantiation
283 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
284 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
285
286 } // namespace Pawns