Retire updateKingTables[]
[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) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26
27 #include "bitcount.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32 #include "ucioption.h"
33
34
35 ////
36 //// Local definitions
37 ////
38
39 namespace {
40
41   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
42   // by the evaluation functions.
43   struct EvalInfo {
44
45     // Pointer to pawn hash table entry
46     PawnInfo* pi;
47
48     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
49     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][0] contains
50     // all squares attacked by the given color.
51     Bitboard attackedBy[2][8];
52
53     // kingZone[color] is the zone around the enemy king which is considered
54     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
55     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
56     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
57     // is on g8, kingZone[WHITE] is a bitboard containing the squares f8, h8,
58     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
59     Bitboard kingZone[2];
60
61     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
62     // which attack a square in the kingZone of the enemy king.
63     int kingAttackersCount[2];
64
65     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
66     // given color which attack a square in the kingZone of the enemy king. The
67     // weights of the individual piece types are given by the variables
68     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
69     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
70     int kingAttackersWeight[2];
71
72     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
73     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
74     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
75     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
76     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
77     int kingAdjacentZoneAttacksCount[2];
78   };
79
80   // Evaluation grain size, must be a power of 2
81   const int GrainSize = 8;
82
83   // Evaluation weights, initialized from UCI options
84   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
85   Score Weights[6];
86
87   typedef Value V;
88   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
89
90   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
91   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
92   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
93   // parameters at 100, which looks prettier.
94   //
95   // Values modified by Joona Kiiski
96   const Score WeightsInternal[] = {
97       S(248, 271), S(233, 201), S(252, 259), S(46, 0), S(247, 0), S(259, 0)
98   };
99
100   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains mobility bonuses for middle and
101   // end game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied
102   // by friendly pieces.
103   const Score MobilityBonus[][32] = {
104      {}, {},
105      { S(-38,-33), S(-25,-23), S(-12,-13), S( 0, -3), S(12,  7), S(25, 17), // Knights
106        S( 31, 22), S( 38, 27), S( 38, 27) },
107      { S(-25,-30), S(-11,-16), S(  3, -2), S(17, 12), S(31, 26), S(45, 40), // Bishops
108        S( 57, 52), S( 65, 60), S( 71, 65), S(74, 69), S(76, 71), S(78, 73),
109        S( 79, 74), S( 80, 75), S( 81, 76), S(81, 76) },
110      { S(-20,-36), S(-14,-19), S( -8, -3), S(-2, 13), S( 4, 29), S(10, 46), // Rooks
111        S( 14, 62), S( 19, 79), S( 23, 95), S(26,106), S(27,111), S(28,114),
112        S( 29,116), S( 30,117), S( 31,118), S(32,118) },
113      { S(-10,-18), S( -8,-13), S( -6, -7), S(-3, -2), S(-1,  3), S( 1,  8), // Queens
114        S(  3, 13), S(  5, 19), S(  8, 23), S(10, 27), S(12, 32), S(15, 34),
115        S( 16, 35), S( 17, 35), S( 18, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
116        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
117        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
118        S( 20, 35), S( 20, 35) }
119   };
120
121   // OutpostBonus[PieceType][Square] contains outpost bonuses of knights and
122   // bishops, indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value OutpostBonus[][64] = {
124   {
125   //  A     B     C     D     E     F     G     H
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
127     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
128     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
129     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
130     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
131     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
132   {
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
136     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
137     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
138     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
139   };
140
141   // ThreatBonus[attacking][attacked] contains threat bonuses according to
142   // which piece type attacks which one.
143   const Score ThreatBonus[][8] = {
144     {}, {},
145     { S(0, 0), S( 7, 39), S( 0,  0), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // KNIGHT
146     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S( 0,  0), S(41,100), S(41,100) }, // BISHOP
147     { S(0, 0), S(-1, 29), S(15, 49), S(15, 49), S( 0,  0), S(24, 49) }, // ROOK
148     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S( 0,  0) }  // QUEEN
149   };
150
151   // ThreatedByPawnPenalty[PieceType] contains a penalty according to which
152   // piece type is attacked by an enemy pawn.
153   const Score ThreatedByPawnPenalty[] = {
154     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
155   };
156
157   #undef S
158
159   // Rooks and queens on the 7th rank (modified by Joona Kiiski)
160   const Score RookOn7thBonus  = make_score(47, 98);
161   const Score QueenOn7thBonus = make_score(27, 54);
162
163   // Rooks on open files (modified by Joona Kiiski)
164   const Score RookOpenFileBonus = make_score(43, 43);
165   const Score RookHalfOpenFileBonus = make_score(19, 19);
166
167   // Penalty for rooks trapped inside a friendly king which has lost the
168   // right to castle.
169   const Value TrappedRookPenalty = Value(180);
170
171   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
172   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
173   // based on how many squares inside this area are safe and available for
174   // friendly minor pieces.
175   const Bitboard SpaceMask[] = {
176     (1ULL << SQ_C2) | (1ULL << SQ_D2) | (1ULL << SQ_E2) | (1ULL << SQ_F2) |
177     (1ULL << SQ_C3) | (1ULL << SQ_D3) | (1ULL << SQ_E3) | (1ULL << SQ_F3) |
178     (1ULL << SQ_C4) | (1ULL << SQ_D4) | (1ULL << SQ_E4) | (1ULL << SQ_F4),
179     (1ULL << SQ_C7) | (1ULL << SQ_D7) | (1ULL << SQ_E7) | (1ULL << SQ_F7) |
180     (1ULL << SQ_C6) | (1ULL << SQ_D6) | (1ULL << SQ_E6) | (1ULL << SQ_F6) |
181     (1ULL << SQ_C5) | (1ULL << SQ_D5) | (1ULL << SQ_E5) | (1ULL << SQ_F5)
182   };
183
184   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
185   // from the KingDangerTable[]. Various little "meta-bonuses" measuring
186   // the strength of the enemy attack are added up into an integer, which
187   // is used as an index to KingDangerTable[].
188   //
189   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
190   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
191
192   // Bonuses for enemy's safe checks
193   const int QueenContactCheckBonus = 6;
194   const int RookContactCheckBonus  = 4;
195   const int QueenCheckBonus        = 3;
196   const int RookCheckBonus         = 2;
197   const int BishopCheckBonus       = 1;
198   const int KnightCheckBonus       = 1;
199
200   // InitKingDanger[Square] contains penalties based on the position of the
201   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
202   const int InitKingDanger[] = {
203      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
204      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
205      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
206     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
207     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
208     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
209     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
210     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
211   };
212
213   // KingDangerTable[Color][attackUnits] contains the actual king danger
214   // weighted scores, indexed by color and by a calculated integer number.
215   Score KingDangerTable[2][128];
216
217   // Pawn and material hash tables, indexed by the current thread id.
218   // Note that they will be initialized at 0 being global variables.
219   MaterialInfoTable* MaterialTable[MAX_THREADS];
220   PawnInfoTable* PawnTable[MAX_THREADS];
221
222   // Function prototypes
223   template<bool HasPopCnt>
224   Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin);
225
226   template<Color Us, bool HasPopCnt>
227   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
228
229   template<Color Us, bool HasPopCnt>
230   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility);
231
232   template<Color Us, bool HasPopCnt>
233   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value& margin);
234
235   template<Color Us>
236   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei);
237
238   template<Color Us, bool HasPopCnt>
239   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei);
240
241   template<Color Us>
242   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
243
244   Score apply_weight(Score v, Score weight);
245   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
246   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
247   void init_safety();
248 }
249
250
251 ////
252 //// Functions
253 ////
254
255
256 /// Prefetches in pawn hash tables
257
258 void prefetchPawn(Key key, int threadID) {
259
260     PawnTable[threadID]->prefetch(key);
261 }
262
263
264 /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
265 /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
266 /// between them based on the remaining material.
267 Value evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
268
269     return CpuHasPOPCNT ? do_evaluate<true>(pos, margin)
270                         : do_evaluate<false>(pos, margin);
271 }
272
273 namespace {
274
275 template<bool HasPopCnt>
276 Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
277
278   EvalInfo ei;
279   Score mobilityWhite, mobilityBlack;
280
281   assert(pos.is_ok());
282   assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < MAX_THREADS);
283   assert(!pos.is_check());
284
285   // Initialize value by reading the incrementally updated scores included
286   // in the position object (material + piece square tables).
287   Score bonus = pos.value();
288
289   // margin is the uncertainty estimation of position's evaluation
290   // and typically is used by the search for pruning decisions.
291   margin = VALUE_ZERO;
292
293   // Probe the material hash table
294   MaterialInfo* mi = MaterialTable[pos.thread()]->get_material_info(pos);
295   bonus += mi->material_value();
296
297   // If we have a specialized evaluation function for the current material
298   // configuration, call it and return.
299   if (mi->specialized_eval_exists())
300       return mi->evaluate(pos);
301
302   // Probe the pawn hash table
303   ei.pi = PawnTable[pos.thread()]->get_pawn_info(pos);
304   bonus += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
305
306   // Initialize attack and king safety bitboards
307   init_eval_info<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei);
308   init_eval_info<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
309
310   // Evaluate pieces and mobility
311   bonus +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, mobilityWhite)
312           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, mobilityBlack);
313
314   bonus += apply_weight(mobilityWhite - mobilityBlack, Weights[Mobility]);
315
316   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
317   // information when computing the king safety evaluation.
318   bonus +=  evaluate_king<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, margin)
319           - evaluate_king<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, margin);
320
321   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
322   bonus +=  evaluate_threats<WHITE>(pos, ei)
323           - evaluate_threats<BLACK>(pos, ei);
324
325   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
326   bonus +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>(pos, ei)
327           - evaluate_passed_pawns<BLACK>(pos, ei);
328
329   // Evaluate space for both sides, only in middle-game.
330   if (mi->space_weight())
331   {
332       int s = evaluate_space<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
333       bonus += apply_weight(make_score(s * mi->space_weight(), 0), Weights[Space]);
334   }
335
336   // Scale winning side if position is more drawish that what it appears
337   ScaleFactor sf = eg_value(bonus) > VALUE_ZERO ? mi->scale_factor(pos, WHITE)
338                                                 : mi->scale_factor(pos, BLACK);
339   Phase phase = mi->game_phase();
340
341   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
342   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
343   if (   phase < PHASE_MIDGAME
344       && pos.opposite_colored_bishops()
345       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
346   {
347       // Only the two bishops ?
348       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
349           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame)
350       {
351           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
352           // certainly a draw or at least two pawns.
353           bool one_pawn = (pos.piece_count(WHITE, PAWN) + pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1);
354           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
355       }
356       else
357           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
358           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
359            sf = ScaleFactor(50);
360   }
361
362   // Interpolate between the middle game and the endgame score
363   Value v = scale_by_game_phase(bonus, phase, sf);
364   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
365 }
366
367 } // namespace
368
369
370 /// init_eval() initializes various tables used by the evaluation function
371
372 void init_eval(int threads) {
373
374   assert(threads <= MAX_THREADS);
375
376   for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
377   {
378       if (i >= threads)
379       {
380           delete PawnTable[i];
381           delete MaterialTable[i];
382           PawnTable[i] = NULL;
383           MaterialTable[i] = NULL;
384           continue;
385       }
386       if (!PawnTable[i])
387           PawnTable[i] = new PawnInfoTable();
388
389       if (!MaterialTable[i])
390           MaterialTable[i] = new MaterialInfoTable();
391   }
392 }
393
394
395 /// quit_eval() releases heap-allocated memory at program termination
396
397 void quit_eval() {
398
399   init_eval(0);
400 }
401
402
403 /// read_weights() reads evaluation weights from the corresponding UCI parameters
404
405 void read_weights(Color us) {
406
407   // King safety is asymmetrical. Our king danger level is weighted by
408   // "Cowardice" UCI parameter, instead the opponent one by "Aggressiveness".
409   const int kingDangerUs   = (us == WHITE ? KingDangerUs   : KingDangerThem);
410   const int kingDangerThem = (us == WHITE ? KingDangerThem : KingDangerUs);
411
412   Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Middle Game)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
413   Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Middle Game)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
414   Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Middle Game)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
415   Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
416   Weights[kingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
417   Weights[kingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
418
419   // If running in analysis mode, make sure we use symmetrical king safety. We do this
420   // by replacing both Weights[kingDangerUs] and Weights[kingDangerThem] by their average.
421   if (get_option_value_bool("UCI_AnalyseMode"))
422       Weights[kingDangerUs] = Weights[kingDangerThem] = (Weights[kingDangerUs] + Weights[kingDangerThem]) / 2;
423
424   init_safety();
425 }
426
427
428 namespace {
429
430   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
431   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
432
433   template<Color Us, bool HasPopCnt>
434   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
435
436     const BitCountType Max15 = HasPopCnt ? CNT_POPCNT : CpuIs64Bit ? CNT64_MAX15 : CNT32_MAX15;
437     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
438
439     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
440     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
441
442     // Init king safety tables only if we are going to use them
443     if (   pos.piece_count(Us, QUEEN)
444         && pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMidgame + RookValueMidgame)
445     {
446         ei.kingZone[Us] = (b | (Us == WHITE ? b >> 8 : b << 8));
447         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
448         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? count_1s<Max15>(b) / 2 : 0;
449         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
450     } else
451         ei.kingZone[Us] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
452   }
453
454
455   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outposts squares
456
457   template<PieceType Piece, Color Us>
458   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
459
460     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
461
462     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
463
464     // Initial bonus based on square
465     Value bonus = OutpostBonus[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
466
467     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
468     // no minor piece which can exchange the outpost piece.
469     if (bonus && bit_is_set(ei.attackedBy[Us][PAWN], s))
470     {
471         if (    pos.pieces(KNIGHT, Them) == EmptyBoardBB
472             && (SquaresByColorBB[square_color(s)] & pos.pieces(BISHOP, Them)) == EmptyBoardBB)
473             bonus += bonus + bonus / 2;
474         else
475             bonus += bonus / 2;
476     }
477     return make_score(bonus, bonus);
478   }
479
480
481   // evaluate_pieces<>() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
482
483   template<PieceType Piece, Color Us, bool HasPopCnt>
484   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility, Bitboard mobilityArea) {
485
486     Bitboard b;
487     Square s, ksq;
488     int mob;
489     File f;
490     Score bonus = SCORE_ZERO;
491
492     const BitCountType Full  = HasPopCnt ? CNT_POPCNT : CpuIs64Bit ? CNT64 : CNT32;
493     const BitCountType Max15 = HasPopCnt ? CNT_POPCNT : CpuIs64Bit ? CNT64_MAX15 : CNT32_MAX15;
494     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
495     const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, Piece);
496
497     ei.attackedBy[Us][Piece] = EmptyBoardBB;
498
499     while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
500     {
501         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
502         if (Piece == KNIGHT || Piece == QUEEN)
503             b = pos.attacks_from<Piece>(s);
504         else if (Piece == BISHOP)
505             b = bishop_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(QUEEN, Us));
506         else if (Piece == ROOK)
507             b = rook_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(ROOK, QUEEN, Us));
508         else
509             assert(false);
510
511         // Update attack info
512         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
513
514         // King attacks
515         if (b & ei.kingZone[Us])
516         {
517             ei.kingAttackersCount[Us]++;
518             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
519             Bitboard bb = (b & ei.attackedBy[Them][KING]);
520             if (bb)
521                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += count_1s<Max15>(bb);
522         }
523
524         // Mobility
525         mob = (Piece != QUEEN ? count_1s<Max15>(b & mobilityArea)
526                               : count_1s<Full >(b & mobilityArea));
527
528         mobility += MobilityBonus[Piece][mob];
529
530         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. Remaining part
531         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
532         if (bit_is_set(ei.attackedBy[Them][PAWN], s))
533             bonus -= ThreatedByPawnPenalty[Piece];
534
535         // Bishop and knight outposts squares
536         if ((Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT) && pos.square_is_weak(s, Us))
537             bonus += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
538
539         // Queen or rook on 7th rank
540         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
541             && relative_rank(Us, s) == RANK_7
542             && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
543         {
544             bonus += (Piece == ROOK ? RookOn7thBonus : QueenOn7thBonus);
545         }
546
547         // Special extra evaluation for rooks
548         if (Piece == ROOK)
549         {
550             // Open and half-open files
551             f = square_file(s);
552             if (ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
553             {
554                 if (ei.pi->file_is_half_open(Them, f))
555                     bonus += RookOpenFileBonus;
556                 else
557                     bonus += RookHalfOpenFileBonus;
558             }
559
560             // Penalize rooks which are trapped inside a king. Penalize more if
561             // king has lost right to castle.
562             if (mob > 6 || ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
563                 continue;
564
565             ksq = pos.king_square(Us);
566
567             if (    square_file(ksq) >= FILE_E
568                 &&  square_file(s) > square_file(ksq)
569                 && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
570             {
571                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
572                 if (!ei.pi->has_open_file_to_right(Us, square_file(ksq)))
573                     bonus -= make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
574                                                            : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
575             }
576             else if (    square_file(ksq) <= FILE_D
577                      &&  square_file(s) < square_file(ksq)
578                      && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
579             {
580                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
581                 if (!ei.pi->has_open_file_to_left(Us, square_file(ksq)))
582                     bonus -= make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
583                                                            : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
584             }
585         }
586     }
587     return bonus;
588   }
589
590
591   // evaluate_threats<>() assigns bonuses according to the type of attacking piece
592   // and the type of attacked one.
593
594   template<Color Us>
595   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
596
597     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
598
599     Bitboard b;
600     Score bonus = SCORE_ZERO;
601
602     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
603     Bitboard weakEnemies =  pos.pieces_of_color(Them)
604                           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
605                           & ei.attackedBy[Us][0];
606     if (!weakEnemies)
607         return SCORE_ZERO;
608
609     // Add bonus according to type of attacked enemy piece and to the
610     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
611     // considered because are already handled in king evaluation.
612     for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; pt1++)
613     {
614         b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
615         if (b)
616             for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; pt2++)
617                 if (b & pos.pieces(pt2))
618                     bonus += ThreatBonus[pt1][pt2];
619     }
620     return bonus;
621   }
622
623
624   // evaluate_pieces_of_color<>() assigns bonuses and penalties to all the
625   // pieces of a given color.
626
627   template<Color Us, bool HasPopCnt>
628   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility) {
629
630     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
631
632     Score bonus = mobility = SCORE_ZERO;
633
634     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
635     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces_of_color(Us));
636
637     bonus += evaluate_pieces<KNIGHT, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
638     bonus += evaluate_pieces<BISHOP, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
639     bonus += evaluate_pieces<ROOK,   Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
640     bonus += evaluate_pieces<QUEEN,  Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
641
642     // Sum up all attacked squares
643     ei.attackedBy[Us][0] =   ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
644                            | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
645                            | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
646     return bonus;
647   }
648
649
650   // evaluate_king<>() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
651
652   template<Color Us, bool HasPopCnt>
653   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value& margin) {
654
655     const BitCountType Max15 = HasPopCnt ? CNT_POPCNT : CpuIs64Bit ? CNT64_MAX15 : CNT32_MAX15;
656     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
657
658     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
659     int attackUnits;
660     const Square ksq = pos.king_square(Us);
661
662     // King shelter
663     Score bonus = ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq);
664
665     // King safety. This is quite complicated, and is almost certainly far
666     // from optimally tuned.
667     if (   ei.kingAttackersCount[Them] >= 2
668         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
669     {
670         // Find the attacked squares around the king which has no defenders
671         // apart from the king itself
672         undefended = ei.attackedBy[Them][0] & ei.attackedBy[Us][KING];
673         undefended &= ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
674                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
675                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
676
677         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
678         // index to the KingDangerTable[] array. The initial value is based on
679         // the number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
680         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
681         // king, and the quality of the pawn shelter.
682         attackUnits =  Min(25, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
683                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + count_1s<Max15>(undefended))
684                      + InitKingDanger[relative_square(Us, ksq)]
685                      - mg_value(ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq)) / 32;
686
687         // Analyse enemy's safe queen contact checks. First find undefended
688         // squares around the king attacked by enemy queen...
689         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces_of_color(Them);
690         if (b)
691         {
692             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
693             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
694                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
695             if (b)
696                 attackUnits +=  QueenContactCheckBonus
697                               * count_1s<Max15>(b)
698                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
699         }
700
701         // Analyse enemy's safe rook contact checks. First find undefended
702         // squares around the king attacked by enemy rooks...
703         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces_of_color(Them);
704
705         // Consider only squares where the enemy rook gives check
706         b &= RookPseudoAttacks[ksq];
707
708         if (b)
709         {
710             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
711             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
712                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
713             if (b)
714                 attackUnits +=  RookContactCheckBonus
715                               * count_1s<Max15>(b)
716                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
717         }
718
719         // Analyse enemy's safe distance checks for sliders and knights
720         safe = ~(pos.pieces_of_color(Them) | ei.attackedBy[Us][0]);
721
722         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
723         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
724
725         // Enemy queen safe checks
726         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
727         if (b)
728             attackUnits += QueenCheckBonus * count_1s<Max15>(b);
729
730         // Enemy rooks safe checks
731         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
732         if (b)
733             attackUnits += RookCheckBonus * count_1s<Max15>(b);
734
735         // Enemy bishops safe checks
736         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
737         if (b)
738             attackUnits += BishopCheckBonus * count_1s<Max15>(b);
739
740         // Enemy knights safe checks
741         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
742         if (b)
743             attackUnits += KnightCheckBonus * count_1s<Max15>(b);
744
745         // To index KingDangerTable[] attackUnits must be in [0, 99] range
746         attackUnits = Min(99, Max(0, attackUnits));
747
748         // Finally, extract the king danger score from the KingDangerTable[]
749         // array and subtract the score from evaluation. Set also margins[]
750         // value that will be used for pruning because this value can sometimes
751         // be very big, and so capturing a single attacking piece can therefore
752         // result in a score change far bigger than the value of the captured piece.
753         bonus -= KingDangerTable[Us][attackUnits];
754         if (pos.side_to_move() == Us)
755             margin += mg_value(KingDangerTable[Us][attackUnits]);
756     }
757     return bonus;
758   }
759
760
761   // evaluate_passed_pawns<>() evaluates the passed pawns of the given color
762
763   template<Color Us>
764   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
765
766     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
767
768     Score bonus = SCORE_ZERO;
769     Bitboard squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
770     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(Us);
771
772     if (!b)
773         return SCORE_ZERO;
774
775     do {
776         Square s = pop_1st_bit(&b);
777
778         assert(pos.pawn_is_passed(Us, s));
779
780         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
781         int rr = r * (r - 1);
782
783         // Base bonus based on rank
784         Value mbonus = Value(20 * rr);
785         Value ebonus = Value(10 * (rr + r + 1));
786
787         if (rr)
788         {
789             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
790
791             // Adjust bonus based on kings proximity
792             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq) * 3 * rr);
793             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
794             ebonus += Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 6 * rr);
795
796             // If the pawn is free to advance, increase bonus
797             if (pos.square_is_empty(blockSq))
798             {
799                 squaresToQueen = squares_in_front_of(Us, s);
800                 defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][0];
801
802                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
803                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
804                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
805                 if (   (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
806                     && (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
807                     unsafeSquares = squaresToQueen;
808                 else
809                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][0] | pos.pieces_of_color(Them));
810
811                 // If there aren't enemy attacks or pieces along the path to queen give
812                 // huge bonus. Even bigger if we protect the pawn's path.
813                 if (!unsafeSquares)
814                     ebonus += Value(rr * (squaresToQueen == defendedSquares ? 17 : 15));
815                 else
816                     // OK, there are enemy attacks or pieces (but not pawns). Are those
817                     // squares which are attacked by the enemy also attacked by us ?
818                     // If yes, big bonus (but smaller than when there are no enemy attacks),
819                     // if no, somewhat smaller bonus.
820                     ebonus += Value(rr * ((unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 13 : 8));
821
822                 // At last, add a small bonus when there are no *friendly* pieces
823                 // in the pawn's path.
824                 if (!(squaresToQueen & pos.pieces_of_color(Us)))
825                     ebonus += Value(rr);
826             }
827         } // rr != 0
828
829         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
830         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
831         supportingPawns = pos.pieces(PAWN, Us) & neighboring_files_bb(s);
832         if (supportingPawns & rank_bb(s))
833             ebonus += Value(r * 20);
834         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
835             ebonus += Value(r * 12);
836
837         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
838         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
839         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
840         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
841         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
842         // value if the other side has a rook or queen.
843         if (square_file(s) == FILE_A || square_file(s) == FILE_H)
844         {
845             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMidgame)
846                 ebonus += ebonus / 4;
847             else if (pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
848                 ebonus -= ebonus / 4;
849         }
850         bonus += make_score(mbonus, ebonus);
851
852     } while (b);
853
854     // Add the scores to the middle game and endgame eval
855     return apply_weight(bonus, Weights[PassedPawns]);
856   }
857
858
859   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
860   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
861   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
862   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
863   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
864   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
865   template<Color Us, bool HasPopCnt>
866   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
867
868     const BitCountType Max15 = HasPopCnt ? CNT_POPCNT : CpuIs64Bit ? CNT64_MAX15 : CNT32_MAX15;
869     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
870
871     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
872     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
873     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
874     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
875                    & ~pos.pieces(PAWN, Us)
876                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
877                    & (ei.attackedBy[Us][0] | ~ei.attackedBy[Them][0]);
878
879     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
880     Bitboard behind = pos.pieces(PAWN, Us);
881     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
882     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
883
884     return count_1s<Max15>(safe) + count_1s<Max15>(behind & safe);
885   }
886
887
888   // apply_weight() applies an evaluation weight to a value trying to prevent overflow
889
890   inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
891       return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
892                         (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
893   }
894
895
896   // scale_by_game_phase() interpolates between a middle game and an endgame score,
897   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
898
899   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
900
901     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
902     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
903     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
904
905     Value eg = eg_value(v);
906     Value ev = Value((eg * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL);
907
908     int result = (mg_value(v) * int(ph) + ev * int(128 - ph)) / 128;
909     return Value(result & ~(GrainSize - 1));
910   }
911
912
913   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
914   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
915
916   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
917
918     // Scale option value from 100 to 256
919     int mg = get_option_value_int(mgOpt) * 256 / 100;
920     int eg = get_option_value_int(egOpt) * 256 / 100;
921
922     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
923   }
924
925
926   // init_safety() initizes the king safety evaluation, based on UCI
927   // parameters. It is called from read_weights().
928
929   void init_safety() {
930
931     const Value MaxSlope = Value(30);
932     const Value Peak = Value(1280);
933     Value t[100];
934
935     // First setup the base table
936     for (int i = 0; i < 100; i++)
937     {
938         t[i] = Value(int(0.4 * i * i));
939
940         if (i > 0)
941             t[i] = Min(t[i], t[i - 1] + MaxSlope);
942
943         t[i] = Min(t[i], Peak);
944     }
945
946     // Then apply the weights and get the final KingDangerTable[] array
947     for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
948         for (int i = 0; i < 100; i++)
949             KingDangerTable[c][i] = apply_weight(make_score(t[i], 0), Weights[KingDangerUs + c]);
950   }
951 }