Retire PawnsFileSpan
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30
31 namespace {
32
33   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
34   // by the evaluation functions.
35   struct EvalInfo {
36
37     // Pointers to material and pawn hash table entries
38     Material::Entry* mi;
39     Pawns::Entry* pi;
40
41     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
42     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
43     // contains all squares attacked by the given color.
44     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
45
46     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
47     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
48     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
49     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
50     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
51     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
52     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
53
54     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
55     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
56     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
57
58     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
59     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
60     // weights of the individual piece types are given by the variables
61     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
62     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
63     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
64
65     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
66     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
67     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
68     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
69     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
70     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
71
72     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
73   };
74
75   namespace Tracing {
76
77     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
78       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
79     };
80
81     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
82     EvalInfo ei;
83     ScaleFactor sf;
84
85     double to_cp(Value v);
86     void write(int idx, Color c, Score s);
87     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
88     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S(0, 38), S(32, 45), S(32, 45), S(41,100), S(35,104) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(7, 28), S(20, 49), S(20, 49), S(8 , 42), S(23, 44) }  // Major
145   };
146
147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
148   // type is attacked by an enemy pawn.
149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
150     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
151   };
152
153   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
154   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
155   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
156   const Score RookOnPawn       = S(10, 28);
157   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
158   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
159   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
160   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
161   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
162   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
163   const Score Hanging          = S(23, 20);
164
165   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
166   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
167   // happen in Chess960 games.
168   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
169
170   #undef S
171
172   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
173   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
174   // based on how many squares inside this area are safe and available for
175   // friendly minor pieces.
176   const Bitboard SpaceMask[] = {
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
179   };
180
181   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
182   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
183   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
184   // index to KingDanger[].
185   //
186   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
187   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
188
189   // Bonuses for enemy's safe checks
190   const int QueenContactCheck = 24;
191   const int RookContactCheck  = 16;
192   const int QueenCheck        = 12;
193   const int RookCheck         = 8;
194   const int BishopCheck       = 2;
195   const int KnightCheck       = 3;
196
197   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
198   // scores, indexed by a calculated integer number.
199   Score KingDanger[128];
200
201   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
202
203   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
204   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
205     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
206   }
207
208
209   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
210   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
211
212   template<Color Us>
213   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
214
215     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
216     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
217
218     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
219
220     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
221     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
222
223     // Init king safety tables only if we are going to use them
224     if (pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
225     {
226         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
227         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
228         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
229         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
230     }
231     else
232         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
233   }
234
235
236   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
237
238   template<PieceType Pt, Color Us>
239   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
240
241     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
242
243     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
244
245     // Initial bonus based on square
246     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
247
248     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
249     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
250     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
251     {
252         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
253             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
254             bonus += bonus + bonus / 2;
255         else
256             bonus += bonus / 2;
257     }
258
259     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
260   }
261
262
263   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
264
265   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
266   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
267
268     Bitboard b;
269     Square s;
270     Score score = SCORE_ZERO;
271
272     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
273     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
274     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
275
276     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
277
278     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
279     {
280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
284
285         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
286             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
287
288         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
289
290         if (b & ei.kingRing[Them])
291         {
292             ei.kingAttackersCount[Us]++;
293             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
294             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
295             if (bb)
296                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
297         }
298
299         if (Pt == QUEEN)
300             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
301                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
302                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
303
304         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
305                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
306
307         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
308
309         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
310         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
311         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
312             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
313
314         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
315         {
316             // Penalty for bishop with same colored pawns
317             if (Pt == BISHOP)
318                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
319
320             // Bishop and knight outpost square
321             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
322                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
323
324             // Bishop or knight behind a pawn
325             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
326                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
327                 score += MinorBehindPawn;
328         }
329
330         if (Pt == ROOK)
331         {
332             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
333             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
334             {
335                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
336                 if (pawns)
337                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
338             }
339
340             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
341             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
342                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
343
344             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
345                 continue;
346
347             Square ksq = pos.king_square(Us);
348
349             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
350             // king has lost its castling capability.
351             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
352                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
353                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
354                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
355         }
356
357         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
358         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
359         // when that pawn is also blocked.
360         if (   Pt == BISHOP
361             && pos.is_chess960()
362             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
363         {
364             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
365             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
366                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
367                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
368                                                                           : TrappedBishopA1H1;
369         }
370     }
371
372     if (Trace)
373         Tracing::write(Pt, Us, score);
374
375     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
376   }
377
378   template<>
379   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
380   template<>
381   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
382
383
384   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
385
386   template<Color Us, bool Trace>
387   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
388
389     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
390
391     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
392     int attackUnits;
393     const Square ksq = pos.king_square(Us);
394
395     // King shelter and enemy pawns storm
396     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
397
398     // Main king safety evaluation
399     if (ei.kingAttackersCount[Them])
400     {
401         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
402         // apart from the king itself
403         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
404                     & ei.attackedBy[Us][KING]
405                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
406                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
407                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
408
409         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
410         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
411         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
412         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
413         // the pawn shelter (current 'score' value).
414         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
415                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
416                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
417                      - mg_value(score) / 32
418                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
419
420         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
421         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
422         // queen...
423         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
424         if (b)
425         {
426             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
427             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
428                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
429
430             if (b)
431                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
432         }
433
434         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
435         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
436         // rooks...
437         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
438
439         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
440         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
441
442         if (b)
443         {
444             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
445             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
446                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
447
448             if (b)
449                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
450         }
451
452         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
453         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
454
455         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
456         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
457
458         // Enemy queen safe checks
459         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
460         if (b)
461             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
462
463         // Enemy rooks safe checks
464         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
465         if (b)
466             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
467
468         // Enemy bishops safe checks
469         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
470         if (b)
471             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
472
473         // Enemy knights safe checks
474         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
475         if (b)
476             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
477
478         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
479         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
480
481         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
482         // array and subtract the score from evaluation.
483         score -= KingDanger[attackUnits];
484     }
485
486     if (Trace)
487         Tracing::write(KING, Us, score);
488
489     return score;
490   }
491
492
493   // max_piece_type() is a helper function used by evaluate_threats() to get
494   // the value of the biggest PieceType of color C in 'target' bitboard.
495
496   template<Color C>
497   inline PieceType max_piece_type(const Position& pos, const Bitboard target) {
498
499     assert(target & (pos.pieces(C) ^ pos.pieces(C, KING)));
500
501     for (PieceType pt = QUEEN; pt > PAWN; --pt)
502         if (target & pos.pieces(C, pt))
503             return pt;
504
505     return PAWN;
506   }
507
508
509   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
510   // and the type of attacked one.
511
512   template<Color Us, bool Trace>
513   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
514
515     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
516
517     enum { Minor, Major };
518
519     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
520     Score score = SCORE_ZERO;
521
522     // Enemies defended by a pawn and under our attack by a minor piece
523     protectedEnemies =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
524                       &  ei.attackedBy[Them][PAWN]
525                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
526
527     if (protectedEnemies)
528         score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, protectedEnemies)];
529
530     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
531     weakEnemies =   pos.pieces(Them)
532                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
533                  &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
534
535     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
536     if (weakEnemies)
537     {
538         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
539         if (b)
540             score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, b)];
541
542         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
543         if (b)
544             score += Threat[Major][max_piece_type<Them>(pos, b)];
545
546         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
547         if (b)
548             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
549
550         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
551         if (b)
552             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
553     }
554
555     if (Trace)
556         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
557
558     return score;
559   }
560
561
562   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
563
564   template<Color Us, bool Trace>
565   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
566
567     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
568
569     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
570     Score score = SCORE_ZERO;
571
572     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
573
574     while (b)
575     {
576         Square s = pop_lsb(&b);
577
578         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
579
580         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
581         int rr = r * (r - 1);
582
583         // Base bonus based on rank
584         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
585
586         if (rr)
587         {
588             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
589
590             // Adjust bonus based on the king's proximity
591             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
592                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
593
594             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
595             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
596                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
597
598             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
599             if (pos.empty(blockSq))
600             {
601                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
602                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
603                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
604                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
605
606                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
607
608                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
609                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
610
611                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
612                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
613
614                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
615                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
616                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
617
618                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
619                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
620                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
621                     k += 6;
622
623                 else if (defendedSquares & blockSq)
624                     k += 4;
625
626                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
627             }
628             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
629                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
630         } // rr != 0
631
632         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
633             ebonus += ebonus / 4;
634
635         score += make_score(mbonus, ebonus);
636     }
637
638     if (Trace)
639         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
640
641     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
642     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
643   }
644
645
646   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
647   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
648   // possibility that pawns are unstoppable.
649
650   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
651
652     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
653
654     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
655   }
656
657
658   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
659   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
660   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
661   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
662   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
663   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
664   template<Color Us>
665   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
666
667     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
668
669     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
670     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
671     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
672     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
673                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
674                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
675                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
676
677     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
678     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
679     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
680     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
681
682     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
683     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
684
685     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
686     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
687   }
688
689
690   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
691
692   template<bool Trace>
693   Value do_evaluate(const Position& pos) {
694
695     assert(!pos.checkers());
696
697     EvalInfo ei;
698     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
699     Thread* thisThread = pos.this_thread();
700
701     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
702     // in the position object (material + piece square tables).
703     // Score is computed from the point of view of white.
704     score = pos.psq_score();
705
706     // Probe the material hash table
707     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
708     score += ei.mi->material_value();
709
710     // If we have a specialized evaluation function for the current material
711     // configuration, call it and return.
712     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
713         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
714
715     // Probe the pawn hash table
716     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
717     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
718
719     // Initialize attack and king safety bitboards
720     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
721     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
722
723     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
724     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
725
726     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
727     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
728                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
729
730     // Evaluate pieces and mobility
731     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
732     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
733
734     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
735     // information when computing the king safety evaluation.
736     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
737             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
738
739     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
740     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
741             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
742
743     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
744     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
745             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
746
747     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
748     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
749         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
750                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
751
752     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
753     if (ei.mi->space_weight())
754     {
755         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
756         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
757     }
758
759     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
760     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
761     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
762
763     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
764     // types of endgames, and use a lower scale for those.
765     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
766         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
767     {
768         if (pos.opposite_bishops())
769         {
770             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
771             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
772             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
773                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
774                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
775
776             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
777             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
778             else
779                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
780         }
781         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
782         // pawns are drawish.
783         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
784                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
785                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
786                  sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
787     }
788
789     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
790     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
791              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
792
793     v /= int(PHASE_MIDGAME);
794
795     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
796     if (Trace)
797     {
798         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
799         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
800         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
801         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
802                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
803         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
804         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
805         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
806         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
807         Tracing::ei = ei;
808         Tracing::sf = sf;
809     }
810
811     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
812   }
813
814
815   // Tracing function definitions
816
817   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
818
819   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
820
821   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
822
823     write(idx, WHITE, w);
824     write(idx, BLACK, b);
825   }
826
827   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
828
829     Score wScore = scores[WHITE][idx];
830     Score bScore = scores[BLACK][idx];
831
832     switch (idx) {
833     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
834         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
835            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
836            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
837         break;
838     default:
839         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
840            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
841            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
842            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
843            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
844            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
845            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
846     }
847   }
848
849   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
850
851     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
852
853     Value v = do_evaluate<true>(pos);
854     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
855
856     std::stringstream ss;
857     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
858        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
859        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
860        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
861
862     print(ss, "Material", MATERIAL);
863     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
864     print(ss, "Pawns", PAWN);
865     print(ss, "Knights", KNIGHT);
866     print(ss, "Bishops", BISHOP);
867     print(ss, "Rooks", ROOK);
868     print(ss, "Queens", QUEEN);
869     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
870     print(ss, "King safety", KING);
871     print(ss, "Threats", THREAT);
872     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
873     print(ss, "Space", SPACE);
874
875     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
876     print(ss, "Total", TOTAL);
877
878     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
879
880     return ss.str();
881   }
882
883 } // namespace
884
885
886 namespace Eval {
887
888   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
889   /// of the position always from the point of view of the side to move.
890
891   Value evaluate(const Position& pos) {
892     return do_evaluate<false>(pos);
893   }
894
895
896   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
897   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
898   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
899   /// debugging.
900   std::string trace(const Position& pos) {
901     return Tracing::do_trace(pos);
902   }
903
904
905   /// init() computes evaluation weights.
906
907   void init() {
908
909     const double MaxSlope = 30;
910     const double Peak = 1280;
911
912     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
913     {
914         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
915         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
916     }
917   }
918
919 } // namespace Eval