Merge remote-tracking branch 'upstream/master'
[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) 2008-2015 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 BlockedStorm  = S(82, 82);
37   constexpr Score Doubled       = S(11, 56);
38   constexpr Score Isolated      = S( 5, 15);
39   constexpr Score WeakLever     = S( 0, 56);
40   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 27);
41
42   // Connected pawn bonus
43   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
44
45   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
46   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
47   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
48     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
49     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
50     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
51     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
52   };
53
54   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
55   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
56   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
57   // on edge, likely blocked by our king.
58   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
59     { V( 85), V(-289), V(-166), V(97), V(50), V( 45), V( 50) },
60     { V( 46), V( -25), V( 122), V(45), V(37), V(-10), V( 20) },
61     { V( -6), V(  51), V( 168), V(34), V(-2), V(-22), V(-14) },
62     { V(-15), V( -11), V( 101), V( 4), V(11), V(-15), V(-29) }
63   };
64
65   #undef S
66   #undef V
67
68   template<Color Us>
69   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
70
71     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
72     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
73
74     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
75     Bitboard lever, leverPush, blocked;
76     Square s;
77     bool backward, passed, doubled;
78     Score score = SCORE_ZERO;
79     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
80
81     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
82     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
83
84     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
85
86     e->passedPawns[Us] = 0;
87     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
88     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
89
90     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
91     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
92     {
93         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
94
95         Rank r = relative_rank(Us, s);
96
97         // Flag the pawn
98         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
99         blocked    = theirPawns & (s + Up);
100         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
101         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
102         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
103         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
104         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
105         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
106         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
107
108         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
109         // the adjacent files and cannot safely advance.
110         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
111                   && (leverPush | blocked);
112
113         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
114         if (!backward && !blocked)
115             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
116
117         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
118         // (a) there is no stoppers except some levers
119         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
120         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
121         passed =   !(stoppers ^ lever)
122                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
123                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
124                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
125                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
126
127         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
128         // full attack info.
129         if (passed)
130             e->passedPawns[Us] |= s;
131
132         // Score this pawn
133         if (support | phalanx)
134         {
135             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
136                    + 21 * popcount(support);
137
138             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
139         }
140
141         else if (!neighbours)
142             score -=   Isolated
143                      + WeakUnopposed * !opposed;
144
145         else if (backward)
146             score -=   Backward
147                      + WeakUnopposed * !opposed;
148
149         if (!support)
150             score -=   Doubled * doubled
151                      + WeakLever * more_than_one(lever);
152     }
153
154     return score;
155   }
156
157 } // namespace
158
159 namespace Pawns {
160
161 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
162 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
163 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
164 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
165
166 Entry* probe(const Position& pos) {
167
168   Key key = pos.pawn_key();
169   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
170
171   if (e->key == key)
172       return e;
173
174   e->key = key;
175   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
176   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
177
178   return e;
179 }
180
181
182 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
183 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
184
185 template<Color Us>
186 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
187
188   constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
189
190   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
191   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
192   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
193
194   Score bonus = make_score(5, 5);
195
196   File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
197   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
198   {
199       b = ourPawns & file_bb(f);
200       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
201
202       b = theirPawns & file_bb(f);
203       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
204
205       File d = map_to_queenside(f);
206       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
207
208       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
209           bonus -= BlockedStorm * int(theirRank == RANK_3);
210       else
211           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
212   }
213
214   return bonus;
215 }
216
217
218 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
219 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
220
221 template<Color Us>
222 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
223
224   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
225   kingSquares[Us] = ksq;
226   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
227   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
228
229   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
230
231   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
232
233   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
234       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
235
236   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
237       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
238
239   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
240   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
241   int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
242
243   if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
244       minPawnDist = 1;
245   else while (pawns)
246       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
247
248   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
249 }
250
251 // Explicit template instantiation
252 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
253 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
254
255 } // namespace Pawns