eeabcbae84df6e81ed22a5bbff8c5c1b684cb1fd
[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) 2008-2012 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 S(mg, eg) make_score(mg, eg)
30
31   // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
32   const Score DoubledPawnPenalty[2][8] = {
33   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
34     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
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
38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
39   const Score IsolatedPawnPenalty[2][8] = {
40   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
41     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
42   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
43     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) }};
44
45   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
46   const Score BackwardPawnPenalty[2][8] = {
47   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
48     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
49   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
50     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
51
52   // Pawn chain membership bonus by file
53   const Score ChainBonus[8] = {
54     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
55     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
56   };
57
58   // Candidate passed pawn bonus by rank
59   const Score CandidateBonus[8] = {
60     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
61     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
62   };
63
64   const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
65
66   #undef S
67
68   const File ShelterFile[8] = { FILE_B, FILE_B, FILE_C, FILE_D, FILE_E, FILE_F, FILE_G, FILE_G };
69
70   inline Value score_non_center_file(const Value v) {
71                 return Value(v * 7 / 16);
72   }
73
74   typedef Value V;
75   // Arrays are indexed by rank.  Zeroth value is for when no pawn on that file.
76   const Value PawnShelter[8] =  { V(141), V(0), V( 38), V(102), V(128), V(141), V(141), V(141) };
77   const Value PawnStorm[8] =    { V( 26), V(0), V(128), V( 51), V( 26), V(  0), V(  0), V(  0) };
78   // We compute shelter as a penalty for the given color, but shelter is used as a bonus, so we invert it using this as the basis.
79   const Value PawnShelterBasis =  PawnShelter[0] + score_non_center_file(PawnShelter[0]) * 2;
80
81   inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
82     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
83                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
84   }
85 }
86
87
88 /// PawnInfoTable::pawn_info() takes a position object as input, computes
89 /// a PawnInfo object, and returns a pointer to it. The result is also stored
90 /// in an hash table, so we don't have to recompute everything when the same
91 /// pawn structure occurs again.
92
93 PawnInfo* PawnInfoTable::pawn_info(const Position& pos) const {
94
95   Key key = pos.pawn_key();
96   PawnInfo* pi = probe(key);
97
98   // If pi->key matches the position's pawn hash key, it means that we
99   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
100   // the information we found the last time instead of recomputing it.
101   if (pi->key == key)
102       return pi;
103
104   // Initialize PawnInfo entry
105   pi->key = key;
106   pi->passedPawns[WHITE] = pi->passedPawns[BLACK] = 0;
107   pi->kingSquares[WHITE] = pi->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
108   pi->halfOpenFiles[WHITE] = pi->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
109
110   // Calculate pawn attacks
111   Bitboard wPawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
112   Bitboard bPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
113   pi->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns << 9) & ~FileABB) | ((wPawns << 7) & ~FileHBB);
114   pi->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns >> 7) & ~FileABB) | ((bPawns >> 9) & ~FileHBB);
115
116   // Evaluate pawns for both colors and weight the result
117   pi->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, pi)
118              - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, pi);
119
120   pi->value = apply_weight(pi->value, PawnStructureWeight);
121
122   return pi;
123 }
124
125
126 /// PawnInfoTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
127
128 template<Color Us>
129 Score PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
130                                     Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
131
132   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
133
134   Bitboard b;
135   Square s;
136   File f;
137   Rank r;
138   bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
139   Score value = SCORE_ZERO;
140   const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
141
142   // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
143   while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
144   {
145       assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
146
147       f = file_of(s);
148       r = rank_of(s);
149
150       // This file cannot be half open
151       pi->halfOpenFiles[Us] &= ~(1 << f);
152
153       // Our rank plus previous one. Used for chain detection
154       b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
155
156       // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
157       // chain (but not the backward one).
158       passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
159       doubled  =   ourPawns   & squares_in_front_of(Us, s);
160       opposed  =   theirPawns & squares_in_front_of(Us, s);
161       isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
162       chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
163
164       // Test for backward pawn
165       backward = false;
166
167       // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
168       // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
169       // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
170       if (   !(passed | isolated | chain)
171           && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
172           && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
173       {
174           // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
175           // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
176           // backward by looking in the forward direction on the adjacent
177           // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
178           b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
179
180           // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
181           // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
182           while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
183               Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
184
185           // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
186           // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
187           backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
188       }
189
190       assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
191
192       // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
193       // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
194       // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
195       // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
196       candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
197                  && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
198                  &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
199
200       // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
201       // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
202       // pawn on each file is considered a true passed pawn.
203       if (passed && !doubled)
204           pi->passedPawns[Us] |= s;
205
206       // Score this pawn
207       if (isolated)
208           value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
209
210       if (doubled)
211           value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
212
213       if (backward)
214           value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
215
216       if (chain)
217           value += ChainBonus[f];
218
219       if (candidate)
220           value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
221   }
222   return value;
223 }
224
225 template<Color Us>
226 int computePawnShelter(const Position &pos, Square ksq) {
227   const Color Them          = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
228   const File kingFile       = ShelterFile[file_of(ksq)];
229   const Bitboard ourPawns   = pos.pieces(PAWN, Us) & in_front_bb(Us, ksq);
230   const Bitboard theirPawns = pos.pieces(PAWN, Them) & (RankBB[rank_of(ksq)] | in_front_bb(Us, ksq));
231
232   int shelter = 0;
233
234   // Compute king shelter and storm values for the file the king is on, as well as the two adjacent files.
235   for (int fileOffset = -1; fileOffset <= 1; fileOffset++) {
236     // Shelter takes full penalty for center file, otherwise it's half penalty
237     Bitboard shelterFile  = ourPawns & FileBB[kingFile + fileOffset];
238     Rank shelterClosest = shelterFile ? relative_rank<Us>(shelterFile)
239                                       : RANK_1;
240
241     shelter += fileOffset == 0 ? PawnShelter[shelterClosest]
242                                : score_non_center_file(PawnShelter[shelterClosest]);
243
244     // Storm takes full penalty, unless there is an enemy pawn blocking us
245     Bitboard stormFile  = theirPawns & FileBB[kingFile + fileOffset];
246     Rank stormClosest   = stormFile ? relative_rank<Us>(stormFile)
247                                     : RANK_1;
248
249     shelter += shelterClosest + 1 == stormClosest ? PawnStorm[stormClosest] / 2
250                                                   : PawnStorm[stormClosest];
251   }
252   
253   return shelter;
254 }
255
256 /// PawnInfo::updateShelter() calculates and caches king shelter. It is called
257 /// only when king square changes, about 20% of total king_shelter() calls.
258 template<Color Us>
259 Score PawnInfo::updateShelter(const Position& pos, Square ksq) {
260   int shelter = 0;
261
262   if (relative_rank(Us, ksq) <= RANK_4)
263   {
264     shelter = computePawnShelter<Us>(pos, ksq);
265     if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OO : BLACK_OO))
266       shelter = std::min(shelter, computePawnShelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
267     if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OOO : BLACK_OOO))
268       shelter = std::min(shelter, computePawnShelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
269     shelter = PawnShelterBasis - shelter;
270   }
271
272   kingSquares[Us] = ksq;
273   kingShelters[Us] = make_score(shelter, 0);
274   return kingShelters[Us];
275 }
276
277 // Explicit template instantiation
278 template Score PawnInfo::updateShelter<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
279 template Score PawnInfo::updateShelter<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);