Small code style reformatting
[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) 2008-2014 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 file
34   const Score Doubled[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
38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
39   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
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 Backward[2][FILE_NB] = {
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   // Connected pawn bonus by file and rank (initialized by formula)
53   Score Connected[FILE_NB][RANK_NB];
54
55   // Candidate passed pawn bonus by rank
56   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
57     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
58     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0) };
59
60   // Levers bonus by rank
61   const Score Lever[RANK_NB] = {
62     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
63     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
64
65   // Bonus for file distance of the two outermost pawns
66   const Score PawnsFileSpan = S(0, 15);
67
68   // Unsupported pawn penalty
69   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
70
71   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
72   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
73   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
74
75   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
76   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
77   const Value StormDanger[][RANK_NB] = {
78   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
79   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
80   { V( 0),  V( 0), V(160), V(25), V(13) } };
81
82   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
83   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
84   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
85
86   #undef S
87   #undef V
88
89   template<Color Us>
90   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
91
92     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
93     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
94     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
95     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
96
97     Bitboard b, p, doubled;
98     Square s;
99     File f;
100     bool passed, isolated, opposed, connected, backward, candidate, unsupported, lever;
101     Score value = SCORE_ZERO;
102     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
103     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
104
105     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
106     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
107
108     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
109     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
110     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
111     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
112     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
113     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
114
115     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
116     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
117     {
118         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
119
120         f = file_of(s);
121
122         // This file cannot be semi-open
123         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
124
125         // Previous rank
126         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
127
128         // Our rank plus previous one
129         b = rank_bb(s) | p;
130
131         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
132         // unsupported or connected (but not the backward one).
133         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
134         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
135         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
136         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
137         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
138         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
139         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
140
141         // Test for backward pawn.
142         // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
143         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
144         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
145         if (   (passed | isolated | connected)
146             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
147             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
148             backward = false;
149         else
150         {
151             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
152             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
153             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
154             // files, and picking the closest pawn there.
155             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
156             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
157
158             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
159             // backward because it cannot advance without being captured.
160             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
161         }
162
163         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
164
165         // A not-passed pawn is a candidate to become passed, if it is free to
166         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
167         // pawn on adjacent files is higher than or equal to the number of
168         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
169         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
170                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
171                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
172
173         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
174         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
175         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
176         if (passed && !doubled)
177             e->passedPawns[Us] |= s;
178
179         // Score this pawn
180         if (isolated)
181             value -= Isolated[opposed][f];
182
183         if (unsupported && !isolated)
184             value -= UnsupportedPawnPenalty;
185
186         if (doubled)
187             value -= Doubled[f] / rank_distance(s, lsb(doubled));
188
189         if (backward)
190             value -= Backward[opposed][f];
191
192         if (connected)
193             value += Connected[f][relative_rank(Us, s)];
194
195         if (lever)
196             value += Lever[relative_rank(Us, s)];
197
198         if (candidate)
199         {
200             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
201
202             if (!doubled)
203                 e->candidatePawns[Us] |= s;
204         }
205     }
206
207     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
208     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
209
210     // In endgame it's better to have pawns on both wings. So give a bonus according
211     // to file distance between left and right outermost pawns.
212     value += PawnsFileSpan * e->pawnSpan[Us];
213
214     return value;
215   }
216
217 } // namespace
218
219 namespace Pawns {
220
221 /// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
222
223 void init() {
224
225   const int bonusByFile[] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
226
227   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
228       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
229       {
230           int bonus = r * (r - 1) * (r - 2) + bonusByFile[f] * (r / 2 + 1);
231           Connected[f][r] = make_score(bonus, bonus);
232       }
233 }
234
235
236 /// probe() takes a position as input, computes a Entry object, and returns a
237 /// pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
238 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
239
240 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
241
242   Key key = pos.pawn_key();
243   Entry* e = entries[key];
244
245   if (e->key == key)
246       return e;
247
248   e->key = key;
249   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
250   return e;
251 }
252
253
254 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
255 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
256
257 template<Color Us>
258 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
259
260   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
261   const Bitboard Edges = (FileABB | FileHBB) & (Rank2BB | Rank3BB);
262
263   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
264   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
265   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
266   Value safety = MaxSafetyBonus;
267   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
268
269   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
270   {
271       b = ourPawns & file_bb(f);
272       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
273
274       b  = theirPawns & file_bb(f);
275       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
276
277       if (   (Edges & make_square(f, rkThem))
278           && file_of(ksq) == f
279           && relative_rank(Us, ksq) == rkThem - 1)
280           safety += 200;
281       else
282           safety -=  ShelterWeakness[rkUs]
283                    + StormDanger[rkUs   == RANK_1   ? 0 :
284                                  rkThem != rkUs + 1 ? 1 : 2][rkThem];
285   }
286
287   return safety;
288 }
289
290
291 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
292 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
293
294 template<Color Us>
295 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
296
297   kingSquares[Us] = ksq;
298   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
299   minKPdistance[Us] = 0;
300
301   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
302   if (pawns)
303       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
304
305   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
306       return make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
307
308   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
309
310   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
311   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
312       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
313
314   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
315       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
316
317   return make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
318 }
319
320 // Explicit template instantiation
321 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
322 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
323
324 } // namespace Pawns