git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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 }