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) 2004-2021 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( 9, 22);
  34   constexpr Score Doubled       = S(13, 51);
  35   constexpr Score DoubledEarly  = S(20,  7);
  36   constexpr Score Isolated      = S( 3, 15);
  37   constexpr Score WeakLever     = S( 4, 58);
  38   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 24);
  39
  40   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  41   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-17, -6), S(-9, 2) };
  42
  43   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB] = {
  44     S(0, 0), S(0, 0), S(75, 78), S(-8, 16), S(-6, 10), S(-6, 6), S(0, 2)
  45   };
  46
  47   // Connected pawn bonus
  48   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 5, 7, 11, 23, 48, 87 };
  49
  50   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  51   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  52   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  53     { V( -5), V( 82), V( 92), V( 54), V( 36), V( 22), V(  28) },
  54     { V(-44), V( 63), V( 33), V(-50), V(-30), V(-12), V( -62) },
  55     { V(-11), V( 77), V( 22), V( -6), V( 31), V(  8), V( -45) },
  56     { V(-39), V(-12), V(-29), V(-50), V(-43), V(-68), V(-164) }
  57   };
  58
  59   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  60   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  61   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  62   // on edge, likely blocked by our king.
  63   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  64     { V( 87), V(-288), V(-168), V( 96), V( 47), V( 44), V( 46) },
  65     { V( 42), V( -25), V( 120), V( 45), V( 34), V( -9), V( 24) },
  66     { V( -8), V(  51), V( 167), V( 35), V( -4), V(-16), V(-12) },
  67     { V(-17), V( -13), V( 100), V(  4), V(  9), V(-16), V(-31) }
  68   };
  69
  70
  71   // KingOnFile[semi-open Us][semi-open Them] contains bonuses/penalties
  72   // for king when the king is on a semi-open or open file.
  73   constexpr Score KingOnFile[2][2] = {{ S(-21,10), S(-7, 1)  },
  74                                      {  S(  0,-3), S( 9,-4) }};
  75
  76   #undef S
  77   #undef V
  78
  79
  80   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  81   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  82   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  83   /// be re-used even when the pieces have moved.
  84
  85   template<Color Us>
  86   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  87
  88     constexpr Color     Them = ~Us;
  89     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  90     constexpr Direction Down = -Up;
  91
  92     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  93     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  94     Square s;
  95     bool backward, passed, doubled;
  96     Score score = SCORE_ZERO;
  97     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN);
  98
  99     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
 100     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 101
 102     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
 103
 104     e->passedPawns[Us] = 0;
 105     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 106     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 107     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 108
 109     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 110     while (b) {
 111         s = pop_lsb(&b);
 112
 113         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 114
 115         Rank r = relative_rank(Us, s);
 116
 117         // Flag the pawn
 118         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 119         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 120         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 121         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 122         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 123         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 124         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 125         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 126         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 127
 128         if (doubled)
 129         {
 130             // Additional doubled penalty if none of their pawns is fixed
 131             if (!(ourPawns & shift<Down>(theirPawns | pawn_attacks_bb<Them>(theirPawns))))
 132                 score -= DoubledEarly;
 133         }
 134
 135         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 136         // the adjacent files and cannot safely advance.
 137         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 138                   && (leverPush | blocked);
 139
 140         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 141         if (!backward && !blocked)
 142             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 143
 144         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 145         // (a) there is no stoppers except some levers
 146         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 147         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 148         //     (Refined in Evaluation::passed)
 149         passed =   !(stoppers ^ lever)
 150                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 151                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 152                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 153                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 154
 155         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 156
 157         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 158         // full attack info.
 159         if (passed)
 160             e->passedPawns[Us] |= s;
 161
 162         // Score this pawn
 163         if (support | phalanx)
 164         {
 165             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 166                    + 22 * popcount(support);
 167
 168             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 169         }
 170
 171         else if (!neighbours)
 172         {
 173             if (     opposed
 174                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 175                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 176                 score -= Doubled;
 177             else
 178                 score -=  Isolated
 179                         + WeakUnopposed * !opposed;
 180         }
 181
 182         else if (backward)
 183             score -=  Backward
 184                     + WeakUnopposed * !opposed * bool(~(FileABB | FileHBB) & s);
 185
 186         if (!support)
 187             score -=  Doubled * doubled
 188                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 189
 190         if (blocked && r >= RANK_5)
 191             score += BlockedPawn[r - RANK_5];
 192     }
 193
 194     return score;
 195   }
 196
 197 } // namespace
 198
 199 namespace Pawns {
 200
 201
 202 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 203 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 204 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 205 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 206
 207 Entry* probe(const Position& pos) {
 208
 209   Key key = pos.pawn_key();
 210   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 211
 212   if (e->key == key)
 213       return e;
 214
 215   e->key = key;
 216   e->blockedCount = 0;
 217   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 218   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 219
 220   return e;
 221 }
 222
 223
 224 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 225 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 226
 227 template<Color Us>
 228 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 229
 230   constexpr Color Them = ~Us;
 231
 232   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 233   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 234   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 235
 236   Score bonus = make_score(5, 5);
 237
 238   File center = std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 239   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 240   {
 241       b = ourPawns & file_bb(f);
 242       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 243
 244       b = theirPawns & file_bb(f);
 245       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 246
 247       int d = edge_distance(f);
 248       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 249
 250       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 251           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 252       else
 253           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 254   }
 255
 256   // King On File
 257   bonus -= KingOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Us, ksq)][pos.is_on_semiopen_file(Them, ksq)];
 258
 259   return bonus;
 260 }
 261
 262
 263 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 264 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 265
 266 template<Color Us>
 267 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 268
 269   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 270   kingSquares[Us] = ksq;
 271   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 272   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 273
 274   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 275
 276   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 277
 278   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 279       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 280
 281   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 282       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 283
 284   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 285   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 286   int minPawnDist = 6;
 287
 288   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 289       minPawnDist = 1;
 290   else while (pawns)
 291       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 292
 293   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 294 }
 295
 296 // Explicit template instantiation
 297 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 298 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 299
 300 } // namespace Pawns