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