Use move_pawns() in Pawns::probe
[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
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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
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15
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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 Doubled[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 Isolated[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 Backward[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 ChainMember[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 CandidatePassed[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   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
66   const Value ShelterWeakness[2][RANK_NB] =
67   { { V(141), V(0), V(38), V(102), V(128), V(141), V(141) },
68     { V( 61), V(0), V(16), V( 44), V( 56), V( 61), V( 61) } };
69
70   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
71   const Value StormDanger[2][RANK_NB] =
72   { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26) },
73     { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13) } };
74
75   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
76   // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
77   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
78
79   #undef S
80   #undef V
81
82   template<Color Us>
83   Score evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
84                        Bitboard theirPawns, Pawns::Entry* e) {
85
86     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
87     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
88
89     Bitboard b;
90     Square s;
91     File f;
92     Rank r;
93     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
94     Score value = SCORE_ZERO;
95     const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
96
97     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
98     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
99     {
100         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
101
102         f = file_of(s);
103         r = rank_of(s);
104
105         // This file cannot be semi-open
106         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
107
108         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
109         b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
110
111         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
112         // chain (but not the backward one).
113         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
114         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
115         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
116         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
117         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
118
119         // Test for backward pawn
120         backward = false;
121
122         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
123         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
124         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
125         if (   !(passed | isolated | chain)
126             && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
127             && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
128         {
129             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
130             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
131             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
132             // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
133             b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
134
135             // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
136             // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
137             while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
138                 Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
139
140             // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
141             // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
142             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
143         }
144
145         assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
146
147         // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
148         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
149         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
150         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
151         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
152                    && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
153                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
154
155         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
156         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
157         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
158         if (passed && !doubled)
159             e->passedPawns[Us] |= s;
160
161         // Score this pawn
162         if (isolated)
163             value -= Isolated[opposed][f];
164
165         if (doubled)
166             value -= Doubled[opposed][f];
167
168         if (backward)
169             value -= Backward[opposed][f];
170
171         if (chain)
172             value += ChainMember[f];
173
174         if (candidate)
175             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
176     }
177
178     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & BlackSquares);
179     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.piece_count(Us, PAWN) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
180
181     e->pawnsOnSquares[Them][BLACK] = popcount<Max15>(theirPawns & BlackSquares);
182     e->pawnsOnSquares[Them][WHITE] = pos.piece_count(Them, PAWN) - e->pawnsOnSquares[Them][BLACK];
183
184     return value;
185   }
186 }
187
188 namespace Pawns {
189
190 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
191 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
192 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
193
194 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
195
196   Key key = pos.pawn_key();
197   Entry* e = entries[key];
198
199   // If e->key matches the position's pawn hash key, it means that we
200   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
201   // the information we found the last time instead of recomputing it.
202   if (e->key == key)
203       return e;
204
205   e->key = key;
206   e->passedPawns[WHITE] = e->passedPawns[BLACK] = 0;
207   e->kingSquares[WHITE] = e->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
208   e->semiopenFiles[WHITE] = e->semiopenFiles[BLACK] = 0xFF;
209
210   Bitboard wPawns = pos.pieces(WHITE, PAWN);
211   Bitboard bPawns = pos.pieces(BLACK, PAWN);
212   e->pawnAttacks[WHITE] = shift_bb<DELTA_NE>(wPawns) | shift_bb<DELTA_NW>(wPawns);
213   e->pawnAttacks[BLACK] = shift_bb<DELTA_SE>(bPawns) | shift_bb<DELTA_SW>(bPawns);
214
215   e->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, e)
216             - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, e);
217   return e;
218 }
219
220
221 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
222 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
223
224 template<Color Us>
225 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
226
227   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
228
229   Value safety = MaxSafetyBonus;
230   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
231   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~rank_bb(ksq);
232   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
233   Rank rkUs, rkThem;
234   File kf = file_of(ksq);
235
236   kf = (kf == FILE_A) ? FILE_B : (kf == FILE_H) ? FILE_G : kf;
237
238   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
239   {
240       // Shelter penalty is higher for the pawn in front of the king
241       b = ourPawns & FileBB[f];
242       rkUs = b ? rank_of(Us == WHITE ? lsb(b) : ~msb(b)) : RANK_1;
243       safety -= ShelterWeakness[f != kf][rkUs];
244
245       // Storm danger is smaller if enemy pawn is blocked
246       b  = theirPawns & FileBB[f];
247       rkThem = b ? rank_of(Us == WHITE ? lsb(b) : ~msb(b)) : RANK_1;
248       safety -= StormDanger[rkThem == rkUs + 1][rkThem];
249   }
250
251   return safety;
252 }
253
254
255 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
256 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
257
258 template<Color Us>
259 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
260
261   kingSquares[Us] = ksq;
262   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
263   minKPdistance[Us] = 0;
264
265   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
266   if (pawns)
267       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
268
269   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
270       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
271
272   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
273
274   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
275   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
276       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
277
278   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
279       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
280
281   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
282 }
283
284 // Explicit template instantiation
285 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
286 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
287
288 } // namespace Pawns