1bfd9dfd10bba21385fc3dc65ebfcb34bfcc686a
[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) 2008-2014 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 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void write(int idx, Color c, Score s);
88     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
89     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
90     std::string do_trace(const Position& pos);
91   }
92
93   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
94   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
97   };
98
99   typedef Value V;
100   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
103   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
104   // friendly pieces.
105   const Score MobilityBonus[][32] = {
106     {}, {},
107     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
108       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
109     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
110       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
111       S( 84, 79), S( 86, 81) },
112     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
113       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
114       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
115     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
116       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
117       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
119       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
120   };
121
122   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
123   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
124   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
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   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
142   // type attacks which one.
143   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
144     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
145     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
146   };
147
148   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
149   // type is attacked by an enemy pawn.
150   const Score ThreatenedByPawn[] = {
151     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
155   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
156   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
157   const Score RookOnPawn       = S(10, 28);
158   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
159   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
160   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
161   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
162   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
163   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
164   const Score Hanging          = S(23, 20);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
170
171   #undef S
172
173   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
174   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
175   // based on how many squares inside this area are safe and available for
176   // friendly minor pieces.
177   const Bitboard SpaceMask[] = {
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
179     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
180   };
181
182   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
183   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
184   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
185   // index to KingDanger[].
186   //
187   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
188   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
189
190   // Bonuses for enemy's safe checks
191   const int QueenContactCheck = 24;
192   const int RookContactCheck  = 16;
193   const int QueenCheck        = 12;
194   const int RookCheck         = 8;
195   const int BishopCheck       = 2;
196   const int KnightCheck       = 3;
197
198   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
199   // scores, indexed by a calculated integer number.
200   Score KingDanger[128];
201
202   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
203
204   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
205   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
206     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
207   }
208
209
210   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
211   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
212
213   template<Color Us>
214   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
215
216     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
218
219     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
220
221     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
222     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
223
224     // Init king safety tables only if we are going to use them
225     if (pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
226     {
227         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
228         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
229         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
230         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
231     }
232     else
233         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
234   }
235
236
237   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
238
239   template<PieceType Pt, Color Us>
240   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
241
242     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
243
244     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
245
246     // Initial bonus based on square
247     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
248
249     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
250     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
251     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
252     {
253         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
254             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
255             bonus += bonus + bonus / 2;
256         else
257             bonus += bonus / 2;
258     }
259
260     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
261   }
262
263
264   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
265
266   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
267   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
268
269     Bitboard b;
270     Square s;
271     Score score = SCORE_ZERO;
272
273     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
274     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
275     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
276
277     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
278
279     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
280     {
281         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
282         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
283           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
284                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
285
286         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
287             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
288
289         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
290
291         if (b & ei.kingRing[Them])
292         {
293             ei.kingAttackersCount[Us]++;
294             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
295             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
296             if (bb)
297                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
298         }
299
300         if (Pt == QUEEN)
301             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
302                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
303                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
304
305         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
306                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
307
308         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
309
310         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
311         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
312         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
313             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
314
315         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
316         {
317             // Penalty for bishop with same colored pawns
318             if (Pt == BISHOP)
319                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
320
321             // Bishop and knight outpost square
322             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
323                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
324
325             // Bishop or knight behind a pawn
326             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
327                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
328                 score += MinorBehindPawn;
329         }
330
331         if (Pt == ROOK)
332         {
333             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
334             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
335             {
336                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
337                 if (pawns)
338                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
339             }
340
341             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
342             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
343                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
344
345             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
346                 continue;
347
348             Square ksq = pos.king_square(Us);
349
350             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
351             // king has lost its castling capability.
352             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
354                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
355                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
356         }
357
358         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
359         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
360         // when that pawn is also blocked.
361         if (   Pt == BISHOP
362             && pos.is_chess960()
363             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
364         {
365             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
366             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
367                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
368                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
369                                                                           : TrappedBishopA1H1;
370         }
371     }
372
373     if (Trace)
374         Tracing::write(Pt, Us, score);
375
376     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
377   }
378
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381   template<>
382   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
383
384
385   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
386
387   template<Color Us, bool Trace>
388   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
389
390     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
391
392     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
393     int attackUnits;
394     const Square ksq = pos.king_square(Us);
395
396     // King shelter and enemy pawns storm
397     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
398
399     // Main king safety evaluation
400     if (ei.kingAttackersCount[Them])
401     {
402         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
403         // apart from the king itself
404         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
405                     & ei.attackedBy[Us][KING]
406                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
407                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
408                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
409
410         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
411         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
412         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
413         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
414         // the pawn shelter (current 'score' value).
415         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
416                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
417                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
418                      - mg_value(score) / 32
419                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
420
421         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
422         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
423         // queen...
424         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
425         if (b)
426         {
427             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
428             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
429                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
430
431             if (b)
432                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
433         }
434
435         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
436         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
437         // rooks...
438         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
439
440         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
441         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
442
443         if (b)
444         {
445             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
446             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
447                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
448
449             if (b)
450                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
451         }
452
453         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
454         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
455
456         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
457         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
458
459         // Enemy queen safe checks
460         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
461         if (b)
462             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
463
464         // Enemy rooks safe checks
465         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
466         if (b)
467             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
468
469         // Enemy bishops safe checks
470         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
471         if (b)
472             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
473
474         // Enemy knights safe checks
475         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
476         if (b)
477             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
478
479         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
480         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
481
482         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
483         // array and subtract the score from evaluation.
484         score -= KingDanger[attackUnits];
485     }
486
487     if (Trace)
488         Tracing::write(KING, Us, score);
489
490     return score;
491   }
492
493
494   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
495   // and the type of attacked one.
496
497   template<Color Us, bool Trace>
498   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
499
500     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
501
502     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
503     Score score = SCORE_ZERO;
504     enum { Minor, Major };
505
506     // Protected enemies
507     protectedEnemies = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them,PAWN))
508                       & ei.attackedBy[Them][PAWN]
509                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
510
511     if (protectedEnemies)
512         score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(protectedEnemies)))];
513
514     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
515     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
516                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
517                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
518
519     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
520     if (weakEnemies)
521     {
522         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
523         if (b)
524             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
525
526         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
527         if (b)
528             score += Threat[Major][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
529
530         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
531         if (b)
532             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
533
534         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
535         if (b)
536             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
537     }
538
539     if (Trace)
540         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
541
542     return score;
543   }
544
545
546   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
547
548   template<Color Us, bool Trace>
549   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
550
551     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
552
553     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
554     Score score = SCORE_ZERO;
555
556     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
557
558     while (b)
559     {
560         Square s = pop_lsb(&b);
561
562         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
563
564         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
565         int rr = r * (r - 1);
566
567         // Base bonus based on rank
568         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
569
570         if (rr)
571         {
572             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
573
574             // Adjust bonus based on the king's proximity
575             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
576                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
577
578             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
579             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
580                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
581
582             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
583             if (pos.empty(blockSq))
584             {
585                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
586                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
587                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
588                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
589
590                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
591
592                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
593                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
594
595                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
596                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
597
598                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
599                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
600                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
601
602                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
603                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
604                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
605                     k += 6;
606
607                 else if (defendedSquares & blockSq)
608                     k += 4;
609
610                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
611             }
612             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
613                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
614         } // rr != 0
615
616         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
617             ebonus += ebonus / 4;
618
619         score += make_score(mbonus, ebonus);
620     }
621
622     if (Trace)
623         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
624
625     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
626     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
627   }
628
629
630   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
631   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
632   // possibility that pawns are unstoppable.
633
634   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
635
636     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
637
638     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
639   }
640
641
642   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
643   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
644   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
645   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
646   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
647   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
648   template<Color Us>
649   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
650
651     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
652
653     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
654     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
655     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
656     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
657                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
658                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
659                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
660
661     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
662     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
663     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
664     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
665
666     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
667     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
668
669     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
670     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
671   }
672
673
674   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
675
676   template<bool Trace>
677   Value do_evaluate(const Position& pos) {
678
679     assert(!pos.checkers());
680
681     EvalInfo ei;
682     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
683     Thread* thisThread = pos.this_thread();
684
685     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
686     // in the position object (material + piece square tables).
687     // Score is computed from the point of view of white.
688     score = pos.psq_score();
689
690     // Probe the material hash table
691     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
692     score += ei.mi->material_value();
693
694     // If we have a specialized evaluation function for the current material
695     // configuration, call it and return.
696     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
697         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
698
699     // Probe the pawn hash table
700     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
701     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
702
703     // Initialize attack and king safety bitboards
704     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
705     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
706
707     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
708     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
709
710     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
711     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
712                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
713
714     // Evaluate pieces and mobility
715     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
716     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
717
718     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
719     // information when computing the king safety evaluation.
720     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
721             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
722
723     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
724     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
725             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
726
727     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
728     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
729             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
730
731     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
732     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
733         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
734                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
735
736     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
737     if (ei.mi->space_weight())
738     {
739         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
740         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
741     }
742
743     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
744     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
745     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
746
747     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
748     // types of endgames, and use a lower scale for those.
749     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
750         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
751     {
752         if (pos.opposite_bishops()) {
753             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
754             // other pieces?
755             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
756                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
757             {
758                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
759                 // certainly a draw or at least two pawns.
760                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
761                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
762             }
763             else
764                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
765                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
766                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
767         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
768                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
769                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
770             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
771             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
772         }
773     }
774
775     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
776     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
777              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
778
779     v /= int(PHASE_MIDGAME);
780
781     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
782     if (Trace)
783     {
784         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
785         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
786         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
787         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
788                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
789         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
790         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
791         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
792         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
793         Tracing::ei = ei;
794         Tracing::sf = sf;
795     }
796
797     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
798   }
799
800
801   // Tracing function definitions
802
803   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
804
805   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
806
807   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
808
809     write(idx, WHITE, w);
810     write(idx, BLACK, b);
811   }
812
813   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
814
815     Score wScore = scores[WHITE][idx];
816     Score bScore = scores[BLACK][idx];
817
818     switch (idx) {
819     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
820         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
821            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
822            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
823         break;
824     default:
825         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
826            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
827            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
828            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
829            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
830            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
831            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
832     }
833   }
834
835   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
836
837     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
838
839     Value v = do_evaluate<true>(pos);
840     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
841
842     std::stringstream ss;
843     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
844        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
845        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
846        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
847
848     print(ss, "Material", MATERIAL);
849     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
850     print(ss, "Pawns", PAWN);
851     print(ss, "Knights", KNIGHT);
852     print(ss, "Bishops", BISHOP);
853     print(ss, "Rooks", ROOK);
854     print(ss, "Queens", QUEEN);
855     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
856     print(ss, "King safety", KING);
857     print(ss, "Threats", THREAT);
858     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
859     print(ss, "Space", SPACE);
860
861     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
862     print(ss, "Total", TOTAL);
863
864     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
865
866     return ss.str();
867   }
868
869 } // namespace
870
871
872 namespace Eval {
873
874   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
875   /// of the position always from the point of view of the side to move.
876
877   Value evaluate(const Position& pos) {
878     return do_evaluate<false>(pos);
879   }
880
881
882   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
883   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
884   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
885   /// debugging.
886   std::string trace(const Position& pos) {
887     return Tracing::do_trace(pos);
888   }
889
890
891   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
892   /// and setup king tables.
893
894   void init() {
895
896     const double MaxSlope = 30;
897     const double Peak = 1280;
898
899     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
900     {
901         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
902         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
903     }
904   }
905
906 } // namespace Eval