Simplify WeakUnopposedPawn #2181
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 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 }