Fix random moves when time < 10ms
[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 <algorithm>
21 #include <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "bitcount.h"
25 #include "pawns.h"
26 #include "position.h"
27
28 namespace {
29
30   #define V Value
31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
32
33   // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
34   const Score Doubled[2][FILE_NB] = {
35   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
36     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
37   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
38     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) }};
39
40   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
41   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
42   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
43     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
44   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
45     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) }};
46
47   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
48   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
49   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
50     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
51   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
52     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
53
54   // Pawn chain membership bonus by file
55   const Score ChainMember[FILE_NB] = {
56     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
57     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
58   };
59
60   // Candidate passed pawn bonus by rank
61   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
62     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
63     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
64   };
65
66   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
67   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
68   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
69
70   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
71   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
72   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
73   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
74   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
75   { V( 0),  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(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
86
87     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
88     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
89     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
90     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
91
92     Bitboard b;
93     Square s;
94     File f;
95     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
96     Score value = SCORE_ZERO;
97     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
98
99     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
100     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
101
102     e->passedPawns[Us] = 0;
103     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
104     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
105     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
106     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
107     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
108
109     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
110     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
111     {
112         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
113
114         f = file_of(s);
115
116         // This file cannot be semi-open
117         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
118
119         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
120         b = rank_bb(s) | rank_bb(s - pawn_push(Us));
121
122         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
123         // chain (but not the backward one).
124         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
125         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
126         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
127         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
128         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
129
130         // Test for backward pawn.
131         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
132         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
133         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
134         if (   (passed | isolated | chain)
135             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
136             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
137             backward = false;
138         else
139         {
140             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
141             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
142             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
143             // files, and picking the closest pawn there.
144             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
145             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
146
147             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
148             // backward because it cannot advance without being captured.
149             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
150         }
151
152         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
153
154         // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
155         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
156         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
157         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
158         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
159                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
160                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
161
162         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
163         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
164         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
165         if (passed && !doubled)
166             e->passedPawns[Us] |= s;
167
168         // Score this pawn
169         if (isolated)
170             value -= Isolated[opposed][f];
171
172         if (doubled)
173             value -= Doubled[opposed][f];
174
175         if (backward)
176             value -= Backward[opposed][f];
177
178         if (chain)
179             value += ChainMember[f];
180
181         if (candidate)
182             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
183     }
184
185     return value;
186   }
187
188 } // namespace
189
190 namespace Pawns {
191
192 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
193 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
194 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
195
196 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
197
198   Key key = pos.pawn_key();
199   Entry* e = entries[key];
200
201   if (e->key == key)
202       return e;
203
204   e->key = key;
205   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
206   return e;
207 }
208
209
210 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
211 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
212
213 template<Color Us>
214 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
215
216   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217
218   Value safety = MaxSafetyBonus;
219   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
220   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
221   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
222   Rank rkUs, rkThem;
223   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
224
225   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
226   {
227       b = ourPawns & FileBB[f];
228       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
229       safety -= ShelterWeakness[rkUs];
230
231       b  = theirPawns & FileBB[f];
232       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
233       safety -= StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
234   }
235
236   return safety;
237 }
238
239
240 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
241 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
242
243 template<Color Us>
244 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
245
246   kingSquares[Us] = ksq;
247   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
248   minKPdistance[Us] = 0;
249
250   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
251   if (pawns)
252       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
253
254   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
255       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
256
257   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
258
259   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
260   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
261       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
262
263   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
264       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
265
266   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
267 }
268
269 // Explicit template instantiation
270 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
271 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
272
273 } // namespace Pawns