Tweak initiative and Pawn PSQT (#1957)
[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   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties
155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
158   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
159   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
163   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
164   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
171   constexpr Score TrappedRook        = S( 96,  4);
172   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
174
175 #undef S
176
177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
178   template<Tracing T>
179   class Evaluation {
180
181   public:
182     Evaluation() = delete;
183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
185     Value value();
186
187   private:
188     template<Color Us> void initialize();
189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
190     template<Color Us> Score king() const;
191     template<Color Us> Score threats() const;
192     template<Color Us> Score passed() const;
193     template<Color Us> Score space() const;
194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
195     Score initiative(Value eg) const;
196
197     const Position& pos;
198     Material::Entry* me;
199     Pawns::Entry* pe;
200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
202
203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
205     // is also calculated is ALL_PIECES.
206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
207
208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
212
213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
216     // and h6.
217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
218
219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
222
223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
226     // the KingAttackWeights array.
227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
228
229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
233     // to kingAttacksCount[WHITE].
234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
235   };
236
237
238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
240   template<Tracing T> template<Color Us>
241   void Evaluation<T>::initialize() {
242
243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
247
248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
250
251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
252     // are excluded from the mobility area.
253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
254
255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
260
261     // Init our king safety tables
262     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
263     if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
264         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
265
266     if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
267         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
268
269     else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
270         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
271
272     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
273     kingRing[Us] &= ~double_pawn_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
274     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
275   }
276
277
278   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
279   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
280   Score Evaluation<T>::pieces() {
281
282     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
283     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
284     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
285                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
286     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
287
288     Bitboard b, bb;
289     Square s;
290     Score score = SCORE_ZERO;
291
292     attackedBy[Us][Pt] = 0;
293
294     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
295     {
296         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
297         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
298           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
299                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
300
301         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
302             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
303
304         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
305         attackedBy[Us][Pt] |= b;
306         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
307
308         if (b & kingRing[Them])
309         {
310             kingAttackersCount[Us]++;
311             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
312             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
313         }
314
315         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
316
317         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
318
319         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
320         {
321             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
322             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
323             if (bb & s)
324                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
325
326             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
328
329             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
330             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
331                 score += MinorBehindPawn;
332
333             // Penalty if the piece is far from the king
334             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
335
336             if (Pt == BISHOP)
337             {
338                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
339                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
340                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
341
342                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
343                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
344
345                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
346                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
347                     score += LongDiagonalBishop;
348             }
349
350             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
351             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
352             // when that pawn is also blocked.
353             if (   Pt == BISHOP
354                 && pos.is_chess960()
355                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
356             {
357                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
358                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
359                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
360                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
361                                                                               : CorneredBishop;
362             }
363         }
364
365         if (Pt == ROOK)
366         {
367             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
368             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
369                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
370
371             // Bonus for rook on an open or semi-open file
372             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
373                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
374
375             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
376             else if (mob <= 3)
377             {
378                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
379                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
380                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.castling_rights(Us));
381             }
382         }
383
384         if (Pt == QUEEN)
385         {
386             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
387             Bitboard queenPinners;
388             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
389                 score -= WeakQueen;
390         }
391     }
392     if (T)
393         Trace::add(Pt, Us, score);
394
395     return score;
396   }
397
398
399   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
400   template<Tracing T> template<Color Us>
401   Score Evaluation<T>::king() const {
402
403     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
404     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
405                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
406
407     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
408     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
409
410     // King shelter and enemy pawns storm
411     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
412
413     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
414     // which are attacked twice in that flank.
415     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
416     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
417     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
418
419     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
420
421     // Main king safety evaluation
422     int kingDanger = 0;
423     unsafeChecks = 0;
424
425     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
426     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
427           & ~attackedBy2[Us]
428           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
429
430     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
431     safe  = ~pos.pieces(Them);
432     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
433
434     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
435     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
436
437     // Enemy queen safe checks
438     if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
439         kingDanger += QueenSafeCheck;
440
441     b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
442     b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
443
444     // Enemy rooks checks
445     if (b1 & safe)
446         kingDanger += RookSafeCheck;
447     else
448         unsafeChecks |= b1;
449
450     // Enemy bishops checks
451     if (b2 & safe)
452         kingDanger += BishopSafeCheck;
453     else
454         unsafeChecks |= b2;
455
456     // Enemy knights checks
457     b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
458     if (b & safe)
459         kingDanger += KnightSafeCheck;
460     else
461         unsafeChecks |= b;
462
463     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
464     // the square is in the attacker's mobility area.
465     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
466
467     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
468                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
469                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
470                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
471                  +       tropism * tropism / 4
472                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
473                  -   6 * mg_value(score) / 8
474                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
475                  -   30;
476
477     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
478     if (kingDanger > 0)
479         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
480
481     // Penalty when our king is on a pawnless flank
482     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
483         score -= PawnlessFlank;
484
485     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
486     score -= CloseEnemies * tropism;
487
488     if (T)
489         Trace::add(KING, Us, score);
490
491     return score;
492   }
493
494
495   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
496   // attacking and the attacked pieces.
497   template<Tracing T> template<Color Us>
498   Score Evaluation<T>::threats() const {
499
500     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
501     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
502     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
503
504     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe, restricted;
505     Score score = SCORE_ZERO;
506
507     // Non-pawn enemies
508     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
509
510     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
511     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
512     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
513                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
514
515     // Non-pawn enemies, strongly protected
516     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
517
518     // Enemies not strongly protected and under our attack
519     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
520
521     // Safe or protected squares
522     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
523
524     // Bonus according to the kind of attacking pieces
525     if (defended | weak)
526     {
527         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
528         while (b)
529         {
530             Square s = pop_lsb(&b);
531             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
532             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
533                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
534         }
535
536         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
537         while (b)
538         {
539             Square s = pop_lsb(&b);
540             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
541             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
542                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
543         }
544
545         if (weak & attackedBy[Us][KING])
546             score += ThreatByKing;
547
548         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
549            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
550         score += Hanging * popcount(weak & b);
551     }
552
553     // Bonus for restricting their piece moves
554     restricted =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
555                 & ~stronglyProtected
556                 &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
557     score += RestrictedPiece * popcount(restricted);
558
559     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
560     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
561         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
562
563     // Find squares where our pawns can push on the next move
564     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
565     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
566
567     // Keep only the squares which are relatively safe
568     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
569
570     // Bonus for safe pawn threats on the next move
571     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
572     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
573
574     // Our safe or protected pawns
575     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
576
577     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
578     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
579
580     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
581     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
582     {
583         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
584         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
585
586         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
587
588         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
589
590         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
591            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
592
593         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
594     }
595
596     if (T)
597         Trace::add(THREAT, Us, score);
598
599     return score;
600   }
601
602   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
603   // pawns of the given color.
604
605   template<Tracing T> template<Color Us>
606   Score Evaluation<T>::passed() const {
607
608     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
609     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
610
611     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
612       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
613     };
614
615     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
616     Score score = SCORE_ZERO;
617
618     b = pe->passed_pawns(Us);
619
620     while (b)
621     {
622         Square s = pop_lsb(&b);
623
624         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
625
626         int r = relative_rank(Us, s);
627
628         Score bonus = PassedRank[r];
629
630         if (r > RANK_3)
631         {
632             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
633             Square blockSq = s + Up;
634
635             // Adjust bonus based on the king's proximity
636             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
637                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
638
639             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
640             if (r != RANK_7)
641                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
642
643             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
644             if (pos.empty(blockSq))
645             {
646                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
647                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
648                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
649                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
650
651                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
652
653                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
654                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
655
656                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
657                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
658
659                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
660                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
661                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
662
663                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
664                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
665                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
666                     k += 6;
667
668                 else if (defendedSquares & blockSq)
669                     k += 4;
670
671                 bonus += make_score(k * w, k * w);
672             }
673         } // rank > RANK_3
674
675         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
676         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
677         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
678             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
679             bonus = bonus / 2;
680
681         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
682     }
683
684     if (T)
685         Trace::add(PASSED, Us, score);
686
687     return score;
688   }
689
690
691   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
692   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
693   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
694   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
695   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
696   // improve play on game opening.
697
698   template<Tracing T> template<Color Us>
699   Score Evaluation<T>::space() const {
700
701     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
702         return SCORE_ZERO;
703
704     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
705     constexpr Bitboard SpaceMask =
706       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
707                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
708
709     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
710     Bitboard safe =   SpaceMask
711                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
712                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
713
714     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
715     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
716     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
717     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
718
719     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
720     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
721                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
722
723     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
724
725     if (T)
726         Trace::add(SPACE, Us, score);
727
728     return score;
729   }
730
731
732   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
733   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
734   // known attacking/defending status of the players.
735
736   template<Tracing T>
737   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
738
739     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
740                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
741
742     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
743                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
744
745     // Compute the initiative bonus for the attacking side
746     int complexity =   9 * pe->pawn_asymmetry()
747                     + 11 * pos.count<PAWN>()
748                     +  9 * outflanking
749                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
750                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
751                     -121 ;
752
753     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
754     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
755     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
756     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
757
758     if (T)
759         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
760
761     return make_score(0, v);
762   }
763
764
765   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
766
767   template<Tracing T>
768   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
769
770     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
771     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
772
773     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
774     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
775     {
776         if (   pos.opposite_bishops()
777             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
778             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
779             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
780         else
781             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
782
783     }
784
785     return ScaleFactor(sf);
786   }
787
788
789   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
790   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
791   // of view of the side to move.
792
793   template<Tracing T>
794   Value Evaluation<T>::value() {
795
796     assert(!pos.checkers());
797
798     // Probe the material hash table
799     me = Material::probe(pos);
800
801     // If we have a specialized evaluation function for the current material
802     // configuration, call it and return.
803     if (me->specialized_eval_exists())
804         return me->evaluate(pos);
805
806     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
807     // the position object (material + piece square tables) and the material
808     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
809     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
810
811     // Probe the pawn hash table
812     pe = Pawns::probe(pos);
813     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
814
815     // Early exit if score is high
816     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
817     if (abs(v) > LazyThreshold)
818        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
819
820     // Main evaluation begins here
821
822     initialize<WHITE>();
823     initialize<BLACK>();
824
825     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
826     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
827             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
828             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
829             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
830
831     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
832
833     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
834             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
835             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
836             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
837
838     score += initiative(eg_value(score));
839
840     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
841     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
842     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
843        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
844
845     v /= int(PHASE_MIDGAME);
846
847     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
848     if (T)
849     {
850         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
851         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
852         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
853         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
854         Trace::add(TOTAL, score);
855     }
856
857     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
858            + Eval::Tempo;
859   }
860
861 } // namespace
862
863
864 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
865 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
866
867 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
868   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
869 }
870
871
872 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
873 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
874 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
875
876 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
877
878   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
879
880   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
881
882   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
883
884   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
885
886   std::stringstream ss;
887   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
888      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
889      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
890      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
891      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
892      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
893      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
894      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
895      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
896      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
897      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
898      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
899      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
900      << " King safety | " << Term(KING)
901      << "     Threats | " << Term(THREAT)
902      << "      Passed | " << Term(PASSED)
903      << "       Space | " << Term(SPACE)
904      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
905      << "       Total | " << Term(TOTAL);
906
907   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
908
909   return ss.str();
910 }