Remove failedLow from the mainThread struct
[stockfish] / src / evaluate.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) 2015-2018 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 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide,    KingSide,  KingSide
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
141   };
142
143   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
144   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
145   constexpr Score ThreatByKing[] = { S(3, 65), S(9, 145) };
146
147   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
148   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
149     S(0, 0), S(5, 7), S(5, 13), S(18, 23), S(74, 58), S(164, 166), S(268, 243)
150   };
151
152   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
153   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
154     S( 15,  7), S(-5, 14), S( 1, -5), S(-22,-11),
155     S(-22,-11), S( 1, -5), S(-5, 14), S( 15,  7)
156   };
157
158   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
159   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 6, 12, 21 };
160
161   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
162   constexpr Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(4, 3), S(3, 0), S(1, -1) };
163
164   // Assorted bonuses and penalties
165   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  5);
166   constexpr Score CloseEnemies       = S(  7,  0);
167   constexpr Score Connectivity       = S(  3,  1);
168   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
169   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
170   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  8,  1);
171   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
172   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
173   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
174   constexpr Score Overload           = S( 10,  5);
175   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
176   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
177   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
178   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 47, 26);
179   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
180   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(175,168);
181   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
182   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
183   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 25);
184
185 #undef S
186
187   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
188   template<Tracing T>
189   class Evaluation {
190
191   public:
192     Evaluation() = delete;
193     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
194     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
195     Value value();
196
197   private:
198     template<Color Us> void initialize();
199     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
200     template<Color Us> Score king() const;
201     template<Color Us> Score threats() const;
202     template<Color Us> Score passed() const;
203     template<Color Us> Score space() const;
204     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
205     Score initiative(Value eg) const;
206
207     const Position& pos;
208     Material::Entry* me;
209     Pawns::Entry* pe;
210     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
211     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
212
213     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
214     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
215     // is also calculated is ALL_PIECES.
216     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
217
218     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
219     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
220     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
221     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
222
223     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
224     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
225     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
226     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
227     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
228
229     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
230     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
231     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
232
233     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
234     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
235     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
236     // the KingAttackWeights array.
237     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
238
239     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
240     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
241     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
242     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
243     // to kingAttacksCount[WHITE].
244     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
245   };
246
247
248   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
249   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
250   template<Tracing T> template<Color Us>
251   void Evaluation<T>::initialize() {
252
253     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
254     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
255     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
256     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
257
258     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
259     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
260
261     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
262     // are excluded from the mobility area.
263     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
264
265     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
266     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
267     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
268     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
269     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
270
271     // Init our king safety tables only if we are going to use them
272     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
273     {
274         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
275         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
276             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
277
278         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
279             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
280
281         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
282             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
283
284         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
285         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
286     }
287     else
288         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
289   }
290
291
292   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
293   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
294   Score Evaluation<T>::pieces() {
295
296     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
297     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
298     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
299                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
300     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
301
302     Bitboard b, bb;
303     Square s;
304     Score score = SCORE_ZERO;
305
306     attackedBy[Us][Pt] = 0;
307
308     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
309     {
310         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
311         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
312           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
313                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
314
315         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
316             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
317
318         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
319         attackedBy[Us][Pt] |= b;
320         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
321
322         if (b & kingRing[Them])
323         {
324             kingAttackersCount[Us]++;
325             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
326             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
327         }
328
329         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
330
331         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
332
333         // Penalty if the piece is far from the king
334         score -= KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
335
336         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
337         {
338             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
339             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
340             if (bb & s)
341                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
342
343             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
344                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
345
346             // Bonus when behind a pawn
347             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
348                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
349                 score += MinorBehindPawn;
350
351             if (Pt == BISHOP)
352             {
353                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
354                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
355                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
356
357                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
358                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
359
360                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
361                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
362                     score += LongDiagonalBishop;
363             }
364
365             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
366             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
367             // when that pawn is also blocked.
368             if (   Pt == BISHOP
369                 && pos.is_chess960()
370                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
371             {
372                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
373                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
374                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
375                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
376                                                                               : CorneredBishop;
377             }
378         }
379
380         if (Pt == ROOK)
381         {
382             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
383             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
384                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
385
386             // Bonus for rook on an open or semi-open file
387             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
388                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
389
390             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
391             else if (mob <= 3)
392             {
393                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
394                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
395                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
396             }
397         }
398
399         if (Pt == QUEEN)
400         {
401             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
402             Bitboard queenPinners;
403             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
404                 score -= WeakQueen;
405         }
406     }
407     if (T)
408         Trace::add(Pt, Us, score);
409
410     return score;
411   }
412
413
414   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
415   template<Tracing T> template<Color Us>
416   Score Evaluation<T>::king() const {
417
418     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
419     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
420                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
421
422     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
423     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
424
425     // King shelter and enemy pawns storm
426     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
427
428     // Main king safety evaluation
429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
430     {
431         int kingDanger = 0;
432         unsafeChecks = 0;
433
434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
436               & ~attackedBy2[Us]
437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
438
439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
440         safe  = ~pos.pieces(Them);
441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
442
443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
445
446         // Enemy queen safe checks
447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
448             kingDanger += QueenSafeCheck;
449
450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
452
453         // Enemy rooks checks
454         if (b1 & safe)
455             kingDanger += RookSafeCheck;
456         else
457             unsafeChecks |= b1;
458
459         // Enemy bishops checks
460         if (b2 & safe)
461             kingDanger += BishopSafeCheck;
462         else
463             unsafeChecks |= b2;
464
465         // Enemy knights checks
466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
467         if (b & safe)
468             kingDanger += KnightSafeCheck;
469         else
470             unsafeChecks |= b;
471
472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
473         // the square is in the attacker's mobility area.
474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
475
476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
477                      + 102 * kingAttacksCount[Them]
478                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
479                      + 143 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
480                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
481                      -   9 * mg_value(score) / 8
482                      +  40;
483
484         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
485         if (kingDanger > 0)
486         {
487             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
488             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
489             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
490         }
491     }
492
493     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
494
495     // Penalty when our king is on a pawnless flank
496     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
497         score -= PawnlessFlank;
498
499     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
500     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
501     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
502     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
503
504     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
505     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
506
507     if (T)
508         Trace::add(KING, Us, score);
509
510     return score;
511   }
512
513
514   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
515   // attacking and the attacked pieces.
516   template<Tracing T> template<Color Us>
517   Score Evaluation<T>::threats() const {
518
519     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
520     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
521     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
522
523     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
524     Score score = SCORE_ZERO;
525
526     // Non-pawn enemies
527     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
528
529     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
530     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
531     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
532                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
533
534     // Non-pawn enemies, strongly protected
535     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
536
537     // Enemies not strongly protected and under our attack
538     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
539
540     // Bonus according to the kind of attacking pieces
541     if (defended | weak)
542     {
543         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
544         while (b)
545         {
546             Square s = pop_lsb(&b);
547             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
548             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
549                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
550         }
551
552         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
553         while (b)
554         {
555             Square s = pop_lsb(&b);
556             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
557             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
558                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
559         }
560
561         b = weak & attackedBy[Us][KING];
562         if (b)
563             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
564
565         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
566
567         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked and defended exactly once)
568         b =  nonPawnEnemies
569            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]   & ~attackedBy2[Us]
570            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
571         score += Overload * popcount(b);
572     }
573
574     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
575     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
576         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
577
578     // Our safe or protected pawns
579     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
580        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
581
582     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
583     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
584
585     // Find squares where our pawns can push on the next move
586     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
587     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
588
589     // Keep only the squares which are not completely unsafe
590     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
591         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
592
593     // Bonus for safe pawn threats on the next move
594     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
595        &  pos.pieces(Them)
596        & ~attackedBy[Us][PAWN];
597
598     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
599
600     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
601     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
602     {
603         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
604         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
605
606         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
607
608         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
609
610         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
611            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
612
613         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
614     }
615
616     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
617     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
618     score += Connectivity * popcount(b);
619
620     if (T)
621         Trace::add(THREAT, Us, score);
622
623     return score;
624   }
625
626   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
627   // pawns of the given color.
628
629   template<Tracing T> template<Color Us>
630   Score Evaluation<T>::passed() const {
631
632     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
633     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
634
635     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
636       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
637     };
638
639     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
640     Score score = SCORE_ZERO;
641
642     b = pe->passed_pawns(Us);
643
644     while (b)
645     {
646         Square s = pop_lsb(&b);
647
648         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
649
650         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
651         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
652
653         int r = relative_rank(Us, s);
654         int w = PassedDanger[r];
655
656         Score bonus = PassedRank[r];
657
658         if (w)
659         {
660             Square blockSq = s + Up;
661
662             // Adjust bonus based on the king's proximity
663             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
664                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
665
666             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
667             if (r != RANK_7)
668                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
669
670             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
671             if (pos.empty(blockSq))
672             {
673                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
674                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
675                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
676                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
677
678                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
679
680                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
681                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
682
683                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
684                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
685
686                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
687                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
688                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
689
690                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
691                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
692                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
693                     k += 6;
694
695                 else if (defendedSquares & blockSq)
696                     k += 4;
697
698                 bonus += make_score(k * w, k * w);
699             }
700             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
701                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
702         } // w != 0
703
704         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
705         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
706         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
707             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
708             bonus = bonus / 2;
709
710         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
711     }
712
713     if (T)
714         Trace::add(PASSED, Us, score);
715
716     return score;
717   }
718
719
720   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
721   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
722   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
723   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
724   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
725   // improve play on game opening.
726
727   template<Tracing T> template<Color Us>
728   Score Evaluation<T>::space() const {
729
730     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
731     constexpr Bitboard SpaceMask =
732       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
733                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
734
735     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
736         return SCORE_ZERO;
737
738     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
739     Bitboard safe =   SpaceMask
740                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
741                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
742
743     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
744     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
745     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
746     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
747
748     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
749     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
750
751     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
752
753     if (T)
754         Trace::add(SPACE, Us, score);
755
756     return score;
757   }
758
759
760   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
761   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
762   // known attacking/defending status of the players.
763
764   template<Tracing T>
765   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
766
767     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
768                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
769
770     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
771                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
772
773     // Compute the initiative bonus for the attacking side
774     int complexity =   8 * outflanking
775                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
776                     + 12 * pos.count<PAWN>()
777                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
778                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
779                     -136 ;
780
781     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
782     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
783     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
784     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
785
786     if (T)
787         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
788
789     return make_score(0, v);
790   }
791
792
793   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
794
795   template<Tracing T>
796   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
797
798     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
799     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
800
801     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
802     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
803     {
804         if (pos.opposite_bishops())
805         {
806             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces is almost a draw
807             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
808                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
809                 sf = 31;
810
811             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
812             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
813             else
814                 sf = 46;
815         }
816         else
817             sf = std::min(40 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
818     }
819
820     return ScaleFactor(sf);
821   }
822
823
824   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
825   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
826   // of view of the side to move.
827
828   template<Tracing T>
829   Value Evaluation<T>::value() {
830
831     assert(!pos.checkers());
832
833     // Probe the material hash table
834     me = Material::probe(pos);
835
836     // If we have a specialized evaluation function for the current material
837     // configuration, call it and return.
838     if (me->specialized_eval_exists())
839         return me->evaluate(pos);
840
841     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
842     // the position object (material + piece square tables) and the material
843     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
844     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
845
846     // Probe the pawn hash table
847     pe = Pawns::probe(pos);
848     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
849
850     // Early exit if score is high
851     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
852     if (abs(v) > LazyThreshold)
853        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
854
855     // Main evaluation begins here
856
857     initialize<WHITE>();
858     initialize<BLACK>();
859
860     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
861     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
862             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
863             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
864             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
865
866     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
867
868     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
869             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
870             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
871             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
872
873     score += initiative(eg_value(score));
874
875     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
876     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
877     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
878        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
879
880     v /= int(PHASE_MIDGAME);
881
882     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
883     if (T)
884     {
885         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
886         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
887         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
888         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
889         Trace::add(TOTAL, score);
890     }
891
892     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
893            + Eval::Tempo;
894   }
895
896 } // namespace
897
898
899 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
900 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
901
902 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
903   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
904 }
905
906
907 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
908 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
909 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
910
911 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
912
913   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
914
915   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
916
917   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
918
919   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
920
921   std::stringstream ss;
922   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
923      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
924      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
925      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
926      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
927      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
928      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
929      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
930      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
931      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
932      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
933      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
934      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
935      << " King safety | " << Term(KING)
936      << "     Threats | " << Term(THREAT)
937      << "      Passed | " << Term(PASSED)
938      << "       Space | " << Term(SPACE)
939      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
940      << "       Total | " << Term(TOTAL);
941
942   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
943
944   return ss.str();
945 }