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) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "pawns.h"
  26 #include "position.h"
  27 #include "thread.h"
  28
  29 namespace {
  30
  31   #define V Value
  32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  33
  34   // Pawn penalties
  35   constexpr Score Backward      = S( 9, 24);
  36   constexpr Score Doubled       = S(11, 56);
  37   constexpr Score Isolated      = S( 5, 15);
  38   constexpr Score WeakLever     = S( 0, 56);
  39   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 27);
  40
  41   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB]  = {S( 0, 0), S( 0, 0), S( 76, 78), S(-10, 15), S(-7, 10), S(-4, 6), S(-1, 2)};
  42
  43   // Connected pawn bonus
  44   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
  45
  46   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  47   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  48   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  49     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
  50     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
  51     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
  52     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
  53   };
  54
  55   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  56   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  57   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  58   // on edge, likely blocked by our king.
  59   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  60     { V( 85), V(-289), V(-166), V(97), V(50), V( 45), V( 50) },
  61     { V( 46), V( -25), V( 122), V(45), V(37), V(-10), V( 20) },
  62     { V( -6), V(  51), V( 168), V(34), V(-2), V(-22), V(-14) },
  63     { V(-15), V( -11), V( 101), V( 4), V(11), V(-15), V(-29) }
  64   };
  65
  66   #undef S
  67   #undef V
  68
  69
  70   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  71   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  72   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  73   /// be re-used even when the pieces have moved.
  74
  75   template<Color Us>
  76   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  77
  78     constexpr Color     Them = ~Us;
  79     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  80
  81     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  82     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  83     Square s;
  84     bool backward, passed, doubled;
  85     Score score = SCORE_ZERO;
  86     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
  87
  88     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
  89     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
  90
  91     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
  92
  93     e->passedPawns[Us] = 0;
  94     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
  95     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
  96     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
  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         Rank r = relative_rank(Us, s);
 104
 105         // Flag the pawn
 106         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 107         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 108         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 109         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 110         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 111         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 112         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 113         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 114         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 115
 116         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 117         // the adjacent files and cannot safely advance.
 118         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 119                   && (leverPush | blocked);
 120
 121         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 122         if (!backward && !blocked)
 123             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 124
 125         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 126         // (a) there is no stoppers except some levers
 127         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 128         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 129         //     (Refined in Evaluation::passed)
 130         passed =   !(stoppers ^ lever)
 131                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 132                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 133                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 134                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 135
 136         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 137
 138         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 139         // full attack info.
 140         if (passed)
 141             e->passedPawns[Us] |= s;
 142
 143         // Score this pawn
 144         if (support | phalanx)
 145         {
 146             int v =  Connected[r] * (4 + 2 * bool(phalanx) - 2 * bool(opposed) - bool(blocked)) / 2
 147                    + 21 * popcount(support);
 148
 149             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 150         }
 151
 152         else if (!neighbours)
 153         {
 154             if (     opposed
 155                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 156                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 157                 score -= Doubled;
 158             else
 159                 score -=  Isolated
 160                         + WeakUnopposed * !opposed;
 161         }
 162
 163         else if (backward)
 164             score -=  Backward
 165                     + WeakUnopposed * !opposed;
 166
 167         if (!support)
 168             score -=  Doubled * doubled
 169                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 170     }
 171
 172     return score;
 173   }
 174
 175 } // namespace
 176
 177 namespace Pawns {
 178
 179
 180 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 181 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 182 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 183 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 184
 185 Entry* probe(const Position& pos) {
 186
 187   Key key = pos.pawn_key();
 188   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 189
 190   if (e->key == key)
 191       return e;
 192
 193   e->key = key;
 194   e->blockedCount = 0;
 195   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 196   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 197
 198   return e;
 199 }
 200
 201
 202 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 203 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 204
 205 template<Color Us>
 206 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 207
 208   constexpr Color Them = ~Us;
 209
 210   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 211   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 212   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 213
 214   Score bonus = make_score(5, 5);
 215
 216   File center = Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 217   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 218   {
 219       b = ourPawns & file_bb(f);
 220       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 221
 222       b = theirPawns & file_bb(f);
 223       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 224
 225       int d = edge_distance(f);
 226       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 227
 228       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 229           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 230       else
 231           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 232   }
 233
 234   return bonus;
 235 }
 236
 237
 238 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 239 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 240
 241 template<Color Us>
 242 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 243
 244   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 245   kingSquares[Us] = ksq;
 246   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 247   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 248
 249   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 250
 251   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 252
 253   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 254       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 255
 256   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 257       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 258
 259   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 260   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 261   int minPawnDist = 6;
 262
 263   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 264       minPawnDist = 1;
 265   else while (pawns)
 266       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 267
 268   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 269 }
 270
 271 // Explicit template instantiation
 272 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 273 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 274
 275 } // namespace Pawns