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) 2015-2019 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   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 127   };
 128
 129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 133   };
 134
 135   // Assorted bonuses and penalties
 136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 144   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
 145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 155
 156 #undef S
 157
 158   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 159   template<Tracing T>
 160   class Evaluation {
 161
 162   public:
 163     Evaluation() = delete;
 164     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 165     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 166     Value value();
 167
 168   private:
 169     template<Color Us> void initialize();
 170     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 171     template<Color Us> Score king() const;
 172     template<Color Us> Score threats() const;
 173     template<Color Us> Score passed() const;
 174     template<Color Us> Score space() const;
 175     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 176     Score initiative(Value eg) const;
 177
 178     const Position& pos;
 179     Material::Entry* me;
 180     Pawns::Entry* pe;
 181     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 182     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 183
 184     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 185     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 186     // is also calculated is ALL_PIECES.
 187     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 188
 189     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 190     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 191     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 192
 193     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 194     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 195     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 196     // and h6.
 197     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 198
 199     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 200     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 201     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 202
 203     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 204     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 205     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 206     // the KingAttackWeights array.
 207     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 208
 209     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 210     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 211     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 212     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 213     // to kingAttacksCount[WHITE].
 214     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 215   };
 216
 217
 218   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 219   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 220   template<Tracing T> template<Color Us>
 221   void Evaluation<T>::initialize() {
 222
 223     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 224     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 225     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 226     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 227
 228     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 229
 230     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 231
 232     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 233     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 234
 235     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 236     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 237     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 238
 239     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 240     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 241     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 242     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 243     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 244
 245     // Init our king safety tables
 246     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 247     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 248         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 249
 250     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 251         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 252
 253     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 254         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 255
 256     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 257     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 258
 259     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 260     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 261   }
 262
 263
 264   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 265   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 266   Score Evaluation<T>::pieces() {
 267
 268     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 269     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 270     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 271                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 272     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 273
 274     Bitboard b, bb;
 275     Score score = SCORE_ZERO;
 276
 277     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 278
 279     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 280     {
 281         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 282         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 283           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 284                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 285
 286         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 287             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 288
 289         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 290         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 291         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 292
 293         if (b & kingRing[Them])
 294         {
 295             kingAttackersCount[Us]++;
 296             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 297             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 298         }
 299
 300         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 301
 302         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 303
 304         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 305         {
 306             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 307             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 308             if (bb & s)
 309                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 310
 311             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 312                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
 313
 314             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 315             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 316                 score += MinorBehindPawn;
 317
 318             // Penalty if the piece is far from the king
 319             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 320
 321             if (Pt == BISHOP)
 322             {
 323                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 324                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 325                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 326
 327                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 328                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 329
 330                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 331                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 332                     score += LongDiagonalBishop;
 333             }
 334
 335             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 336             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 337             // when that pawn is also blocked.
 338             if (   Pt == BISHOP
 339                 && pos.is_chess960()
 340                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 341             {
 342                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 343                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 344                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 345                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 346                                                                               : CorneredBishop;
 347             }
 348         }
 349
 350         if (Pt == ROOK)
 351         {
 352             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 353             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 354                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 355
 356             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 357             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 358                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
 359
 360             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 361             else if (mob <= 3)
 362             {
 363                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 364                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 365                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 366             }
 367         }
 368
 369         if (Pt == QUEEN)
 370         {
 371             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 372             Bitboard queenPinners;
 373             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 374                 score -= WeakQueen;
 375         }
 376     }
 377     if (T)
 378         Trace::add(Pt, Us, score);
 379
 380     return score;
 381   }
 382
 383
 384   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 385   template<Tracing T> template<Color Us>
 386   Score Evaluation<T>::king() const {
 387
 388     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 389     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 390                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 391
 392     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 393     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 394     int kingDanger = 0;
 395     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 396
 397     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 398     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 399
 400     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 401     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 402           & ~attackedBy2[Us]
 403           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 404
 405     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 406     safe  = ~pos.pieces(Them);
 407     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 408
 409     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 410     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 411
 412     // Enemy rooks checks
 413     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 414
 415     if (rookChecks)
 416         kingDanger += RookSafeCheck;
 417     else
 418         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 419
 420     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 421     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 422     queenChecks =  (b1 | b2)
 423                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 424                  & safe
 425                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 426                  & ~rookChecks;
 427
 428     if (queenChecks)
 429         kingDanger += QueenSafeCheck;
 430
 431     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 432     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 433     bishopChecks =  b2
 434                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 435                   & safe
 436                   & ~queenChecks;
 437
 438     if (bishopChecks)
 439         kingDanger += BishopSafeCheck;
 440     else
 441         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 442
 443     // Enemy knights checks
 444     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 445
 446     if (knightChecks & safe)
 447         kingDanger += KnightSafeCheck;
 448     else
 449         unsafeChecks |= knightChecks;
 450
 451     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 452     // the square is in the attacker's mobility area.
 453     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 454
 455     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 456     // which are attacked twice in that flank.
 457     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 458     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 459
 460     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 461
 462     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 463                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 464                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 465                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 466                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 467                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 468                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 469                  -   6 * mg_value(score) / 8
 470                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 471                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 472                  -   7;
 473
 474     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 475     if (kingDanger > 100)
 476         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 477
 478     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 479     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 480         score -= PawnlessFlank;
 481
 482     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 483     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 484
 485     if (T)
 486         Trace::add(KING, Us, score);
 487
 488     return score;
 489   }
 490
 491
 492   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 493   // attacking and the attacked pieces.
 494   template<Tracing T> template<Color Us>
 495   Score Evaluation<T>::threats() const {
 496
 497     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 498     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 499     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 500
 501     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 502     Score score = SCORE_ZERO;
 503
 504     // Non-pawn enemies
 505     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 506
 507     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 508     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 509     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 510                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 511
 512     // Non-pawn enemies, strongly protected
 513     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 514
 515     // Enemies not strongly protected and under our attack
 516     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 517
 518     // Safe or protected squares
 519     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 520
 521     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 522     if (defended | weak)
 523     {
 524         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 525         while (b)
 526         {
 527             Square s = pop_lsb(&b);
 528             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 529             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 530                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 531         }
 532
 533         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 534         while (b)
 535         {
 536             Square s = pop_lsb(&b);
 537             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 538             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 539                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 540         }
 541
 542         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 543             score += ThreatByKing;
 544
 545         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 546            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 547         score += Hanging * popcount(weak & b);
 548     }
 549
 550     // Bonus for restricting their piece moves
 551     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 552        & ~stronglyProtected
 553        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 554
 555     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 556
 557     // Find squares where our pawns can push on the next move
 558     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 559     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 560
 561     // Keep only the squares which are relatively safe
 562     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 563
 564     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 565     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 566     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 567
 568     // Our safe or protected pawns
 569     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 570
 571     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 572     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 573
 574     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 575     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 576     {
 577         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 578         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 579
 580         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 581
 582         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 583
 584         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 585            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 586
 587         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 588     }
 589
 590     if (T)
 591         Trace::add(THREAT, Us, score);
 592
 593     return score;
 594   }
 595
 596   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 597   // pawns of the given color.
 598
 599   template<Tracing T> template<Color Us>
 600   Score Evaluation<T>::passed() const {
 601
 602     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 603     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 604
 605     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 606       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 607     };
 608
 609     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 610     Score score = SCORE_ZERO;
 611
 612     b = pe->passed_pawns(Us);
 613
 614     while (b)
 615     {
 616         Square s = pop_lsb(&b);
 617
 618         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 619
 620         int r = relative_rank(Us, s);
 621
 622         Score bonus = PassedRank[r];
 623
 624         if (r > RANK_3)
 625         {
 626             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 627             Square blockSq = s + Up;
 628
 629             // Adjust bonus based on the king's proximity
 630             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 631                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 632
 633             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 634             if (r != RANK_7)
 635                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 636
 637             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 638             if (pos.empty(blockSq))
 639             {
 640                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 641                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 642                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 643                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 644
 645                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 646
 647                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 648                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 649
 650                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 651                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 652
 653                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 654                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 655                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 656
 657                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
 658                 if (defendedSquares & blockSq)
 659                     k += 5;
 660
 661                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 662             }
 663         } // r > RANK_3
 664
 665         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 666         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 667         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 668             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 669             bonus = bonus / 2;
 670
 671         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 672     }
 673
 674     if (T)
 675         Trace::add(PASSED, Us, score);
 676
 677     return score;
 678   }
 679
 680
 681   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 682   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 683   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 684   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 685   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 686   // improve play on game opening.
 687
 688   template<Tracing T> template<Color Us>
 689   Score Evaluation<T>::space() const {
 690
 691     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 692         return SCORE_ZERO;
 693
 694     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 695     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 696     constexpr Bitboard SpaceMask =
 697       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 698                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 699
 700     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 701     Bitboard safe =   SpaceMask
 702                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 703                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 704
 705     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 706     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 707     behind |= shift<Down>(behind);
 708     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 709
 710     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 711     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 712     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 713
 714     if (T)
 715         Trace::add(SPACE, Us, score);
 716
 717     return score;
 718   }
 719
 720
 721   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 722   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 723   // known attacking/defending status of the players.
 724
 725   template<Tracing T>
 726   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 727
 728     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 729                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 730
 731     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 732                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 733
 734     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 735     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 736                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 737                     +  9 * outflanking
 738                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 739                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 740                     -103 ;
 741
 742     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 743     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 744     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 745     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 746
 747     if (T)
 748         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 749
 750     return make_score(0, v);
 751   }
 752
 753
 754   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 755
 756   template<Tracing T>
 757   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 758
 759     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 760     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 761
 762     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 763     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 764     {
 765         if (   pos.opposite_bishops()
 766             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 767             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 768         else
 769             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 770
 771     }
 772
 773     return ScaleFactor(sf);
 774   }
 775
 776
 777   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 778   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 779   // of view of the side to move.
 780
 781   template<Tracing T>
 782   Value Evaluation<T>::value() {
 783
 784     assert(!pos.checkers());
 785
 786     // Probe the material hash table
 787     me = Material::probe(pos);
 788
 789     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 790     // configuration, call it and return.
 791     if (me->specialized_eval_exists())
 792         return me->evaluate(pos);
 793
 794     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 795     // the position object (material + piece square tables) and the material
 796     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 797     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 798
 799     // Probe the pawn hash table
 800     pe = Pawns::probe(pos);
 801     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 802
 803     // Early exit if score is high
 804     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 805     if (abs(v) > (LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64))
 806        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 807
 808     // Main evaluation begins here
 809
 810     initialize<WHITE>();
 811     initialize<BLACK>();
 812
 813     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 814     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 815             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 816             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 817             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 818
 819     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 820
 821     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 822             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 823             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 824             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 825
 826     score += initiative(eg_value(score));
 827
 828     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 829     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 830     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 831        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 832
 833     v /= PHASE_MIDGAME;
 834
 835     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 836     if (T)
 837     {
 838         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 839         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 840         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 841         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 842         Trace::add(TOTAL, score);
 843     }
 844
 845     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 846            + Eval::Tempo;
 847   }
 848
 849 } // namespace
 850
 851
 852 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 853 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 854
 855 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 856   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 857 }
 858
 859
 860 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 861 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 862 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 863
 864 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 865
 866   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 867
 868   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 869
 870   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 871
 872   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 873
 874   std::stringstream ss;
 875   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 876      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 877      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 878      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 879      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 880      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 881      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 882      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 883      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 884      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 885      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 886      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 887      << " King safety | " << Term(KING)
 888      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 889      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 890      << "       Space | " << Term(SPACE)
 891      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 892      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 893      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 894
 895   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 896
 897   return ss.str();
 898 }