10dddc7de009c7c02251feb037c02e1793c83b75
[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( 18,  6);
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 some other
194     // very near squares, depending on king position.
195     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
196
197     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
198     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
199     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
200
201     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
202     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
203     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
204     // the KingAttackWeights array.
205     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
206
207     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
208     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
209     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
210     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
211     // to kingAttacksCount[WHITE].
212     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
213   };
214
215
216   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
217   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
218   template<Tracing T> template<Color Us>
219   void Evaluation<T>::initialize() {
220
221     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
222     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
223     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
224     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
225
226     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
227
228     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
229
230     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
231     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
232
233     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
234     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
235     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
236
237     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
238     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
239     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
240     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
241     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
242
243     // Init our king safety tables
244     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
245     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
246         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
247
248     if (file_of(ksq) == FILE_H)
249         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
250
251     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
252         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
253
254     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
255     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
256
257     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
258     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
259   }
260
261
262   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
263   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
264   Score Evaluation<T>::pieces() {
265
266     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
267     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
268     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
269                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
270     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
271
272     Bitboard b, bb;
273     Score score = SCORE_ZERO;
274
275     attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
285             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
286
287         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
288         attackedBy[Us][Pt] |= b;
289         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
290
291         if (b & kingRing[Them])
292         {
293             kingAttackersCount[Us]++;
294             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
295             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
296         }
297
298         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
299
300         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
301
302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
303         {
304             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
305             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
306             if (bb & s)
307                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2);
308
309             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
310                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
311
312             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
313             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
314                 score += MinorBehindPawn;
315
316             // Penalty if the piece is far from the king
317             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
318
319             if (Pt == BISHOP)
320             {
321                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
322                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
323                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
324
325                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
326                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
327
328                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
329                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
330                     score += LongDiagonalBishop;
331             }
332
333             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
334             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
335             // when that pawn is also blocked.
336             if (   Pt == BISHOP
337                 && pos.is_chess960()
338                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
339             {
340                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
341                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
342                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
343                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
344                                                                               : CorneredBishop;
345             }
346         }
347
348         if (Pt == ROOK)
349         {
350             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
351             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
352                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
353
354             // Bonus for rook on an open or semi-open file
355             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
356                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
357
358             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
359             else if (mob <= 3)
360             {
361                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
362                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
363                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
364             }
365         }
366
367         if (Pt == QUEEN)
368         {
369             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
370             Bitboard queenPinners;
371             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
372                 score -= WeakQueen;
373         }
374     }
375     if (T)
376         Trace::add(Pt, Us, score);
377
378     return score;
379   }
380
381
382   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
383   template<Tracing T> template<Color Us>
384   Score Evaluation<T>::king() const {
385
386     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
387     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
388                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
389
390     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
391     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
392     int kingDanger = 0;
393     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
394
395     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
396     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
397
398     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
399     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
400           & ~attackedBy2[Us]
401           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
402
403     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
404     safe  = ~pos.pieces(Them);
405     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
406
407     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
408     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
409
410     // Enemy rooks checks
411     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
412
413     if (rookChecks)
414         kingDanger += RookSafeCheck;
415     else
416         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
417
418     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
419     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
420     queenChecks =  (b1 | b2)
421                  & attackedBy[Them][QUEEN]
422                  & safe
423                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
424                  & ~rookChecks;
425
426     if (queenChecks)
427         kingDanger += QueenSafeCheck;
428
429     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
430     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
431     bishopChecks =  b2
432                   & attackedBy[Them][BISHOP]
433                   & safe
434                   & ~queenChecks;
435
436     if (bishopChecks)
437         kingDanger += BishopSafeCheck;
438     else
439         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
440
441     // Enemy knights checks
442     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
443
444     if (knightChecks & safe)
445         kingDanger += KnightSafeCheck;
446     else
447         unsafeChecks |= knightChecks;
448
449     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
450     // the square is in the attacker's mobility area.
451     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
452
453     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
454     // which are attacked twice in that flank.
455     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
456     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
457
458     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
459
460     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
461                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
462                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
463                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
464                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
465                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
466                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
467                  -   6 * mg_value(score) / 8
468                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
469                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
470                  -   7;
471
472     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
473     if (kingDanger > 100)
474         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
475
476     // Penalty when our king is on a pawnless flank
477     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
478         score -= PawnlessFlank;
479
480     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
481     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
482
483     if (T)
484         Trace::add(KING, Us, score);
485
486     return score;
487   }
488
489
490   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
491   // attacking and the attacked pieces.
492   template<Tracing T> template<Color Us>
493   Score Evaluation<T>::threats() const {
494
495     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
496     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
497     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
498
499     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
500     Score score = SCORE_ZERO;
501
502     // Non-pawn enemies
503     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
504
505     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
506     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
507     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
508                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
509
510     // Non-pawn enemies, strongly protected
511     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
512
513     // Enemies not strongly protected and under our attack
514     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
515
516     // Safe or protected squares
517     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
518
519     // Bonus according to the kind of attacking pieces
520     if (defended | weak)
521     {
522         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
523         while (b)
524         {
525             Square s = pop_lsb(&b);
526             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
527             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
528                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
529         }
530
531         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
532         while (b)
533         {
534             Square s = pop_lsb(&b);
535             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
536             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
537                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
538         }
539
540         if (weak & attackedBy[Us][KING])
541             score += ThreatByKing;
542
543         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
544            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
545         score += Hanging * popcount(weak & b);
546     }
547
548     // Bonus for restricting their piece moves
549     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
550        & ~stronglyProtected
551        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
552
553     score += RestrictedPiece * popcount(b);
554
555     // Find squares where our pawns can push on the next move
556     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
557     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
558
559     // Keep only the squares which are relatively safe
560     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
561
562     // Bonus for safe pawn threats on the next move
563     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
564     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
565
566     // Our safe or protected pawns
567     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
568
569     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
570     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
571
572     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
573     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
574     {
575         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
576         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
577
578         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
579
580         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
581
582         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
583            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
584
585         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
586     }
587
588     if (T)
589         Trace::add(THREAT, Us, score);
590
591     return score;
592   }
593
594   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
595   // pawns of the given color.
596
597   template<Tracing T> template<Color Us>
598   Score Evaluation<T>::passed() const {
599
600     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
601     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
602
603     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
604       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
605     };
606
607     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
608     Score score = SCORE_ZERO;
609
610     b = pe->passed_pawns(Us);
611
612     while (b)
613     {
614         Square s = pop_lsb(&b);
615
616         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
617
618         int r = relative_rank(Us, s);
619
620         Score bonus = PassedRank[r];
621
622         if (r > RANK_3)
623         {
624             int w = 5 * r - 13;
625             Square blockSq = s + Up;
626
627             // Adjust bonus based on the king's proximity
628             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
629                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
630
631             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
632             if (r != RANK_7)
633                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
634
635             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
636             if (pos.empty(blockSq))
637             {
638                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
639                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
640
641                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
642
643                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
644                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
645
646                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
647                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
648                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
649                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
650                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
651                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
652                                                              0 ;
653
654                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
655                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
656                     k += 5;
657
658                 bonus += make_score(k * w, k * w);
659             }
660         } // r > RANK_3
661
662         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
663         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
664         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
665             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
666             bonus = bonus / 2;
667
668         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
669     }
670
671     if (T)
672         Trace::add(PASSED, Us, score);
673
674     return score;
675   }
676
677
678   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
679   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
680   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
681   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
682   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
683   // improve play on game opening.
684
685   template<Tracing T> template<Color Us>
686   Score Evaluation<T>::space() const {
687
688     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
689         return SCORE_ZERO;
690
691     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
692     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
693     constexpr Bitboard SpaceMask =
694       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
695                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
696
697     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
698     Bitboard safe =   SpaceMask
699                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
700                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
701
702     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
703     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
704     behind |= shift<Down>(behind);
705     behind |= shift<Down+Down>(behind);
706
707     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
708     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
709     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
710
711     if (T)
712         Trace::add(SPACE, Us, score);
713
714     return score;
715   }
716
717
718   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
719   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
720   // known attacking/defending status of the players.
721
722   template<Tracing T>
723   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
724
725     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
726                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
727
728     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
729                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
730
731     // Compute the initiative bonus for the attacking side
732     int complexity =   9 * pe->passed_count()
733                     + 11 * pos.count<PAWN>()
734                     +  9 * outflanking
735                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
736                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
737                     -103 ;
738
739     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
740     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
741     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
742     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
743
744     if (T)
745         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
746
747     return make_score(0, v);
748   }
749
750
751   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
752
753   template<Tracing T>
754   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
755
756     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
757     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
758
759     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
760     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
761     {
762         if (   pos.opposite_bishops()
763             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
764             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
765         else
766             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
767
768     }
769
770     return ScaleFactor(sf);
771   }
772
773
774   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
775   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
776   // of view of the side to move.
777
778   template<Tracing T>
779   Value Evaluation<T>::value() {
780
781     assert(!pos.checkers());
782
783     // Probe the material hash table
784     me = Material::probe(pos);
785
786     // If we have a specialized evaluation function for the current material
787     // configuration, call it and return.
788     if (me->specialized_eval_exists())
789         return me->evaluate(pos);
790
791     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
792     // the position object (material + piece square tables) and the material
793     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
794     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
795
796     // Probe the pawn hash table
797     pe = Pawns::probe(pos);
798     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
799
800     // Early exit if score is high
801     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
802     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
803        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
804
805     // Main evaluation begins here
806
807     initialize<WHITE>();
808     initialize<BLACK>();
809
810     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
811     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
812             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
813             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
814             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
815
816     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
817
818     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
819             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
820             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
821             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
822
823     score += initiative(eg_value(score));
824
825     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
826     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
827     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
828        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
829
830     v /= PHASE_MIDGAME;
831
832     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
833     if (T)
834     {
835         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
836         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
837         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
838         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
839         Trace::add(TOTAL, score);
840     }
841
842     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
843            + Eval::Tempo;
844   }
845
846 } // namespace
847
848
849 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
850 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
851
852 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
853   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
854 }
855
856
857 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
858 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
859 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
860
861 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
862
863   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
864
865   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
866
867   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
868
869   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
870
871   std::stringstream ss;
872   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
873      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
874      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
875      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
876      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
877      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
878      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
879      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
880      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
881      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
882      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
883      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
884      << " King safety | " << Term(KING)
885      << "     Threats | " << Term(THREAT)
886      << "      Passed | " << Term(PASSED)
887      << "       Space | " << Term(SPACE)
888      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
889      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
890      << "       Total | " << Term(TOTAL);
891
892   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
893
894   return ss.str();
895 }