Removed an extra space
[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) 2015-2016 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
32 namespace {
33
34   namespace Trace {
35
36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
38     };
39
40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
41
42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44     void add(int idx, Color c, Score s) {
45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
47     }
48
49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
51     }
52
53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
54
55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
57       else
58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
62
63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
65
66       return os;
67     }
68   }
69
70   using namespace Trace;
71
72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
73   // by the evaluation functions.
74   struct EvalInfo {
75
76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
79
80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
84
85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
92
93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
96
97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
100     // KingAttackWeights array.
101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
102
103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
109
110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
111     Material::Entry* me;
112     Pawns::Entry* pi;
113   };
114
115   #define V(v) Value(v)
116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
117
118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
120   const Score MobilityBonus[][32] = {
121     {}, {},
122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
135   };
136
137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
139   const Score Outpost[][2] = {
140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
142   };
143
144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
146   // if outpost square is supported by a pawn.
147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
150   };
151
152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
153   // friendly pawn on the rook file.
154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
155
156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
160
161   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
162   // bonuses according to which piece type attacks which one.
163   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
164   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
165     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
166     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
167   };
168
169   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
170   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
171   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
172
173   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
174   // We don't use a Score because we process the two components independently.
175   const Value Passed[][RANK_NB] = {
176     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
177     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
178   };
179
180   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
181   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
182     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
183     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
184   };
185
186   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
187   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
188   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
189   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
190   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
191   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
192   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
193   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
194   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
195   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
196   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
197   const Score Hanging             = S(48, 27);
198   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
199   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
200
201   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
202   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
203   // happen in Chess960 games.
204   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
205
206   #undef S
207   #undef V
208
209   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
210   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
211   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
212   // index to KingDanger[].
213   Score KingDanger[512];
214
215   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
216   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
217
218   // Penalties for enemy's safe checks
219   const int QueenContactCheck = 89;
220   const int QueenCheck        = 62;
221   const int RookCheck         = 57;
222   const int BishopCheck       = 48;
223   const int KnightCheck       = 78;
224
225
226   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
227   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
228
229   template<Color Us>
230   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
231
232     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
233     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
234
235     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
236     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
237     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
238     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
239     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
240
241     // Init king safety tables only if we are going to use them
242     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
243     {
244         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
245         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
246         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
247         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
248     }
249     else
250         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
251   }
252
253
254   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
255   // color and type.
256
257   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
258   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
259                         const Bitboard* mobilityArea) {
260     Bitboard b, bb;
261     Square s;
262     Score score = SCORE_ZERO;
263
264     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
265     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
266     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
267                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
268     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
269
270     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
271
272     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
273     {
274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
278
279         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
281
282         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
283         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
284
285         if (b & ei.kingRing[Them])
286         {
287             ei.kingAttackersCount[Us]++;
288             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
289             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
290         }
291
292         if (Pt == QUEEN)
293             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
294                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
295                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
296
297         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
298
299         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
300
301         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
302         {
303             // Bonus for outpost squares
304             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
305             if (bb & s)
306                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
307             else
308             {
309                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
310                 if (bb)
311                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
312             }
313
314             // Bonus when behind a pawn
315             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
316                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
317                 score += MinorBehindPawn;
318
319             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
320             if (Pt == BISHOP)
321                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
322
323             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
324             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
325             // when that pawn is also blocked.
326             if (   Pt == BISHOP
327                 && pos.is_chess960()
328                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
329             {
330                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
331                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
332                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
333                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
334                                                                               : TrappedBishopA1H1;
335             }
336         }
337
338         if (Pt == ROOK)
339         {
340             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
341             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
342                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
343
344             // Bonus when on an open or semi-open file
345             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
346                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
347
348             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
349             else if (mob <= 3)
350             {
351                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
352
353                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
354                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
355                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
356                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
357             }
358         }
359
360         if (Pt == QUEEN)
361         {
362             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
363             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s))
364                 score -= WeakQueen;
365         }
366     }
367
368     if (DoTrace)
369         Trace::add(Pt, Us, score);
370
371     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
372     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
373   }
374
375   template<>
376   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
377   template<>
378   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379
380
381   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
382
383   const Bitboard WhiteCamp = Rank1BB | Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB;
384   const Bitboard BlackCamp = Rank8BB | Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB;
385   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
386   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
387   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
388
389   const Bitboard KingFlank[COLOR_NB][FILE_NB] = {
390     { QueenSide   & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, CenterFiles & WhiteCamp,
391       CenterFiles & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide    & WhiteCamp },
392     { QueenSide   & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, CenterFiles & BlackCamp,
393       CenterFiles & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide    & BlackCamp },
394   };
395
396   template<Color Us, bool DoTrace>
397   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
398
399     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
400     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
401
402     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
403     int attackUnits;
404     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
405
406     // King shelter and enemy pawns storm
407     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
408
409     // Main king safety evaluation
410     if (ei.kingAttackersCount[Them])
411     {
412         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
413         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
414                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
415                     & ~ei.attackedBy2[Us];
416
417         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
418         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
419            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
420
421         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
422         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
423         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
424         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
425         // the pawn shelter (current 'score' value).
426         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
427                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
428                      + 21 * popcount(undefended)
429                      + 12 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
430                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
431                      - mg_value(score) / 8;
432
433         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
434         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
436
437         // ...and keep squares supported by another enemy piece
438         attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
439
440         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
441         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
442
443         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
444         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
445         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
446                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift_bb<Up>(pos.pieces(PAWN))));
447
448         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
449         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
450
451         // Enemy queen safe checks
452         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
453             attackUnits += QueenCheck, score -= SafeCheck;
454
455         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
456         // and only defended by a queen.
457         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
458                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
459                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
460
461         // Enemy rooks safe and other checks
462         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
463             attackUnits += RookCheck, score -= SafeCheck;
464
465         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
466             score -= OtherCheck;
467
468         // Enemy bishops safe and other checks
469         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
470             attackUnits += BishopCheck, score -= SafeCheck;
471
472         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
473             score -= OtherCheck;
474
475         // Enemy knights safe and other checks
476         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
477         if (b & safe)
478             attackUnits += KnightCheck, score -= SafeCheck;
479
480         else if (b & other)
481             score -= OtherCheck;
482
483         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
484         // array and subtract the score from the evaluation.
485         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
486     }
487
488     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
489     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[Us][file_of(ksq)];
490
491     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
492     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
493
494     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
495     // which are not defended by our pawns.
496     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
497        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
498
499     score -= CloseEnemies * popcount(b);
500
501     if (DoTrace)
502         Trace::add(KING, Us, score);
503
504     return score;
505   }
506
507
508   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
509   // and the attacked pieces.
510
511   template<Color Us, bool DoTrace>
512   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
513
514     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
515     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
516     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
517     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
518     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
519     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
520
521     enum { Minor, Rook };
522
523     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
524     Score score = SCORE_ZERO;
525
526     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
527     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
528         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
529         score += LooseEnemies;
530
531     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
532     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
533
534     if (weak)
535     {
536         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
537                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
538
539         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
540
541         if (weak ^ safeThreats)
542             score += ThreatByHangingPawn;
543
544         while (safeThreats)
545             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
546     }
547
548     // Non-pawn enemies defended by a pawn
549     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
550
551     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
552     weak =   pos.pieces(Them)
553           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
554           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
555
556     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
557     if (defended | weak)
558     {
559         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
560         while (b)
561             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
562
563         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
564         while (b)
565             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
566
567         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
568
569         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
570         if (b)
571             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
572     }
573
574     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
575     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
576     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
577
578     b &=  ~pos.pieces()
579         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
580         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
581
582     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
583        &  pos.pieces(Them)
584        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
585
586     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
587
588     if (DoTrace)
589         Trace::add(THREAT, Us, score);
590
591     return score;
592   }
593
594
595   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
596
597   template<Color Us, bool DoTrace>
598   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
599
600     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
601
602     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
603     Score score = SCORE_ZERO;
604
605     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
606
607     while (b)
608     {
609         Square s = pop_lsb(&b);
610
611         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
612         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
613
614         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
615         int rr = r * (r - 1);
616
617         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
618
619         if (rr)
620         {
621             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
622
623             // Adjust bonus based on the king's proximity
624             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
625                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
626
627             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
628             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
629                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
630
631             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
632             if (pos.empty(blockSq))
633             {
634                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
635                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
636                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
637                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
638
639                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
640
641                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
642                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
643
644                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
645                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
646
647                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
648                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
649                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
650
651                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
652                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
653                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
654                     k += 6;
655
656                 else if (defendedSquares & blockSq)
657                     k += 4;
658
659                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
660             }
661             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
662                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
663         } // rr != 0
664
665         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
666     }
667
668     if (DoTrace)
669         Trace::add(PASSED, Us, score);
670
671     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
672     return score;
673   }
674
675
676   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
677   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
678   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
679   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
680   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
681   // improve play on game opening.
682   template<Color Us>
683   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
684
685     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
686     const Bitboard SpaceMask =
687       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
688                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
689
690     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
691     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
692     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
693     Bitboard safe =   SpaceMask
694                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
695                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
696                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
697
698     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
699     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
700     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
701     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
702
703     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
704     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
705
706     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
707     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
708     bonus = std::min(16, bonus);
709     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us);
710
711     return make_score(bonus * weight * weight / 22, 0);
712   }
713
714
715   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
716   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
717   // status of the players.
718   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
719
720     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
721                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
722     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
723
724     // Compute the initiative bonus for the attacking side
725     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
726
727     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
728     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
729     // that the endgame score will never be divided by more than two.
730     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
731
732     return make_score(0, value);
733   }
734
735
736   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
737   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
738
739     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
740     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
741
742     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
743     // types of endgames, and use a lower scale for those.
744     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
745         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
746     {
747         if (pos.opposite_bishops())
748         {
749             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
750             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
751             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
752                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
753                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
754
755             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
756             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
757             else
758                 sf = ScaleFactor(46);
759         }
760         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
761         // pawns are drawish.
762         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
763                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
764                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
765             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
766     }
767
768     return sf;
769   }
770
771 } // namespace
772
773
774 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
775 /// of the position from the point of view of the side to move.
776
777 template<bool DoTrace>
778 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
779
780   assert(!pos.checkers());
781
782   EvalInfo ei;
783   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
784
785   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
786   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
787   // internally from the white point of view.
788   score = pos.psq_score();
789
790   // Probe the material hash table
791   ei.me = Material::probe(pos);
792   score += ei.me->imbalance();
793
794   // If we have a specialized evaluation function for the current material
795   // configuration, call it and return.
796   if (ei.me->specialized_eval_exists())
797       return ei.me->evaluate(pos);
798
799   // Probe the pawn hash table
800   ei.pi = Pawns::probe(pos);
801   score += ei.pi->pawns_score();
802
803   // Initialize attack and king safety bitboards
804   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
805   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
806   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
807   eval_init<WHITE>(pos, ei);
808   eval_init<BLACK>(pos, ei);
809
810   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
811   Bitboard blockedPawns[] = {
812     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
813     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
814   };
815
816   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
817   // by our blocked pawns or king.
818   Bitboard mobilityArea[] = {
819     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
820     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
821   };
822
823   // Evaluate all pieces but king and pawns
824   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
825   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
826
827   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
828   // information when computing the king safety evaluation.
829   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
830           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
831
832   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
833   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
834           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
835
836   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
837   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
838           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
839
840   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
841   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
842   {
843       Bitboard b;
844       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
845           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
846
847       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
848           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
849   }
850
851   // Evaluate space for both sides, only during opening
852   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
853       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
854               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
855
856   // Evaluate position potential for the winning side
857   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
858
859   // Evaluate scale factor for the winning side
860   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
861
862   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
863   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
864            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
865
866   v /= int(PHASE_MIDGAME);
867
868   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
869   if (DoTrace)
870   {
871       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
872       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
873       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
874       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
875       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
876                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
877       Trace::add(TOTAL, score);
878   }
879
880   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
881 }
882
883 // Explicit template instantiations
884 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
885 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
886
887
888 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
889 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
890 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
891
892 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
893
894   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
895
896   Value v = evaluate<true>(pos);
897   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
898
899   std::stringstream ss;
900   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
901      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
902      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
903      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
904      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
905      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
906      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
907      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
908      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
909      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
910      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
911      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
912      << "    King safety | " << Term(KING)
913      << "        Threats | " << Term(THREAT)
914      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
915      << "          Space | " << Term(SPACE)
916      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
917      << "          Total | " << Term(TOTAL);
918
919   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
920
921   return ss.str();
922 }
923
924
925 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
926
927 void Eval::init() {
928
929   const int MaxSlope = 322;
930   const int Peak = 47410;
931   int t = 0;
932
933   for (int i = 0; i < 400; ++i)
934   {
935       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
936       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
937   }
938 }