git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/pawns.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2021 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
   4
   5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8   (at your option) any later version.
   9
  10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13   GNU General Public License for more details.
  14
  15   You should have received a copy of the GNU General Public License
  16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17 */
  18
  19 #include <algorithm>
  20 #include <cassert>
  21
  22 #include "bitboard.h"
  23 #include "pawns.h"
  24 #include "position.h"
  25 #include "thread.h"
  26
  27 namespace Stockfish {
  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, 22);
  36   constexpr Score Doubled       = S(13, 51);
  37   constexpr Score DoubledEarly  = S(20,  7);
  38   constexpr Score Isolated      = S( 3, 15);
  39   constexpr Score WeakLever     = S( 4, 58);
  40   constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 24);
  41
  42   // Bonus for blocked pawns at 5th or 6th rank
  43   constexpr Score BlockedPawn[2] = { S(-17, -6), S(-9, 2) };
  44
  45   constexpr Score BlockedStorm[RANK_NB] = {
  46     S(0, 0), S(0, 0), S(75, 78), S(-8, 16), S(-6, 10), S(-6, 6), S(0, 2)
  47   };
  48
  49   // Connected pawn bonus
  50   constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 5, 7, 11, 23, 48, 87 };
  51
  52   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
  53   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
  54   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  55     { V( -5), V( 82), V( 92), V( 54), V( 36), V( 22), V(  28) },
  56     { V(-44), V( 63), V( 33), V(-50), V(-30), V(-12), V( -62) },
  57     { V(-11), V( 77), V( 22), V( -6), V( 31), V(  8), V( -45) },
  58     { V(-39), V(-12), V(-29), V(-50), V(-43), V(-68), V(-164) }
  59   };
  60
  61   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
  62   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
  63   // is behind our king. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
  64   // on edge, likely blocked by our king.
  65   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  66     { V( 87), V(-288), V(-168), V( 96), V( 47), V( 44), V( 46) },
  67     { V( 42), V( -25), V( 120), V( 45), V( 34), V( -9), V( 24) },
  68     { V( -8), V(  51), V( 167), V( 35), V( -4), V(-16), V(-12) },
  69     { V(-17), V( -13), V( 100), V(  4), V(  9), V(-16), V(-31) }
  70   };
  71
  72
  73   // KingOnFile[semi-open Us][semi-open Them] contains bonuses/penalties
  74   // for king when the king is on a semi-open or open file.
  75   constexpr Score KingOnFile[2][2] = {{ S(-21,10), S(-7, 1)  },
  76                                      {  S(  0,-3), S( 9,-4) }};
  77
  78   #undef S
  79   #undef V
  80
  81
  82   /// evaluate() calculates a score for the static pawn structure of the given position.
  83   /// We cannot use the location of pieces or king in this function, as the evaluation
  84   /// of the pawn structure will be stored in a small cache for speed reasons, and will
  85   /// be re-used even when the pieces have moved.
  86
  87   template<Color Us>
  88   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  89
  90     constexpr Color     Them = ~Us;
  91     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
  92     constexpr Direction Down = -Up;
  93
  94     Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx, opposed;
  95     Bitboard lever, leverPush, blocked;
  96     Square s;
  97     bool backward, passed, doubled;
  98     Score score = SCORE_ZERO;
  99     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN);
 100
 101     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
 102     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 103
 104     Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
 105
 106     e->passedPawns[Us] = 0;
 107     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 108     e->pawnAttacks[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 109     e->blockedCount += popcount(shift<Up>(ourPawns) & (theirPawns | doubleAttackThem));
 110
 111     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 112     while (b)
 113     {
 114         s = pop_lsb(b);
 115
 116         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 117
 118         Rank r = relative_rank(Us, s);
 119
 120         // Flag the pawn
 121         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 122         blocked    = theirPawns & (s + Up);
 123         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(Us, s);
 124         lever      = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s);
 125         leverPush  = theirPawns & pawn_attacks_bb(Us, s + Up);
 126         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 127         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
 128         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 129         support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 130
 131         if (doubled)
 132         {
 133             // Additional doubled penalty if none of their pawns is fixed
 134             if (!(ourPawns & shift<Down>(theirPawns | pawn_attacks_bb<Them>(theirPawns))))
 135                 score -= DoubledEarly;
 136         }
 137
 138         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on
 139         // the adjacent files and cannot safely advance.
 140         backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s + Up))
 141                   && (leverPush | blocked);
 142
 143         // Compute additional span if pawn is not backward nor blocked
 144         if (!backward && !blocked)
 145             e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 146
 147         // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
 148         // (a) there is no stoppers except some levers
 149         // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
 150         // (c) there is only one front stopper which can be levered.
 151         //     (Refined in Evaluation::passed)
 152         passed =   !(stoppers ^ lever)
 153                 || (   !(stoppers ^ leverPush)
 154                     && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
 155                 || (   stoppers == blocked && r >= RANK_5
 156                     && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
 157
 158         passed &= !(forward_file_bb(Us, s) & ourPawns);
 159
 160         // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
 161         // full attack info.
 162         if (passed)
 163             e->passedPawns[Us] |= s;
 164
 165         // Score this pawn
 166         if (support | phalanx)
 167         {
 168             int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - bool(opposed))
 169                    + 22 * popcount(support);
 170
 171             score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 172         }
 173
 174         else if (!neighbours)
 175         {
 176             if (     opposed
 177                 &&  (ourPawns & forward_file_bb(Them, s))
 178                 && !(theirPawns & adjacent_files_bb(s)))
 179                 score -= Doubled;
 180             else
 181                 score -=  Isolated
 182                         + WeakUnopposed * !opposed;
 183         }
 184
 185         else if (backward)
 186             score -=  Backward
 187                     + WeakUnopposed * !opposed * bool(~(FileABB | FileHBB) & s);
 188
 189         if (!support)
 190             score -=  Doubled * doubled
 191                     + WeakLever * more_than_one(lever);
 192
 193         if (blocked && r >= RANK_5)
 194             score += BlockedPawn[r - RANK_5];
 195     }
 196
 197     return score;
 198   }
 199
 200 } // namespace
 201
 202 namespace Pawns {
 203
 204
 205 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 206 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 207 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 208 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 209
 210 Entry* probe(const Position& pos) {
 211
 212   Key key = pos.pawn_key();
 213   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 214
 215   if (e->key == key)
 216       return e;
 217
 218   e->key = key;
 219   e->blockedCount = 0;
 220   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 221   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 222
 223   return e;
 224 }
 225
 226
 227 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
 228 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 229
 230 template<Color Us>
 231 Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) const {
 232
 233   constexpr Color Them = ~Us;
 234
 235   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
 236   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~pawnAttacks[Them];
 237   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 238
 239   Score bonus = make_score(5, 5);
 240
 241   File center = std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
 242   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 243   {
 244       b = ourPawns & file_bb(f);
 245       int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 246
 247       b = theirPawns & file_bb(f);
 248       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 249
 250       int d = edge_distance(f);
 251       bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
 252
 253       if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
 254           bonus -= BlockedStorm[theirRank];
 255       else
 256           bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
 257   }
 258
 259   // King On File
 260   bonus -= KingOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Us, ksq)][pos.is_on_semiopen_file(Them, ksq)];
 261
 262   return bonus;
 263 }
 264
 265
 266 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 267 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 268
 269 template<Color Us>
 270 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 271
 272   Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 273   kingSquares[Us] = ksq;
 274   castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 275   auto compare = [](Score a, Score b) { return mg_value(a) < mg_value(b); };
 276
 277   Score shelter = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
 278
 279   // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
 280
 281   if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
 282       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)), compare);
 283
 284   if (pos.can_castle(Us & QUEEN_SIDE))
 285       shelter = std::max(shelter, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)), compare);
 286
 287   // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
 288   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 289   int minPawnDist = 6;
 290
 291   if (pawns & attacks_bb<KING>(ksq))
 292       minPawnDist = 1;
 293   else while (pawns)
 294       minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(pawns)));
 295
 296   return shelter - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 297 }
 298
 299 // Explicit template instantiation
 300 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
 301 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 302
 303 } // namespace Pawns
 304
 305 } // namespace Stockfish