git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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 terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
  83     EvalInfo ei;
  84     ScaleFactor sf;
  85
  86     double to_cp(Value v);
  87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
  88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
  89     std::string do_trace(const Position& pos);
  90   }
  91
  92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
  93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
  94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
  95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
  96   };
  97
  98   typedef Value V;
  99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 100
 101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
 103   // friendly pieces.
 104   const Score MobilityBonus[][32] = {
 105     {}, {},
 106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
 107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
 108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
 109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
 110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
 111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
 112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
 113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
 114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
 115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
 116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
 117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
 118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
 119   };
 120
 121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
 122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
 123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
 124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
 125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
 126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
 128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
 129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
 130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
 131   {
 132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
 133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
 135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
 136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
 137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
 138   };
 139
 140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
 141   // type attacks which one.
 142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 143     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
 144     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
 145   };
 146
 147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
 148   // type is attacked by an enemy pawn.
 149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
 150     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
 151   };
 152
 153   // Hanging contains a bonus for each enemy hanging piece
 154   const Score Hanging = S(23, 20);
 155
 156   #undef S
 157
 158   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
 159   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
 160   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
 161   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
 162   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
 163   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
 164   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 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 = make_score(50, 50);
 170
 171   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
 172   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
 173   // based on how many squares inside this area are safe and available for
 174   // friendly minor pieces.
 175   const Bitboard SpaceMask[] = {
 176     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
 177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
 178   };
 179
 180   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
 181   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 182   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 183   // index to KingDanger[].
 184   //
 185   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 186   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
 187
 188   // Bonuses for enemy's safe checks
 189   const int QueenContactCheck = 24;
 190   const int RookContactCheck  = 16;
 191   const int QueenCheck        = 12;
 192   const int RookCheck         = 8;
 193   const int BishopCheck       = 2;
 194   const int KnightCheck       = 3;
 195
 196   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
 197   // scores, indexed by a calculated integer number.
 198   Score KingDanger[128];
 199
 200
 201   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
 202   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
 203     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
 204   }
 205
 206
 207   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
 208   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 209
 210   template<Color Us>
 211   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 212
 213     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 214     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 215
 216     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 217
 218     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
 219     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 220
 221     // Init king safety tables only if we are going to use them
 222     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
 223     {
 224         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 225         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 226         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 227         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 228     }
 229     else
 230         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 231   }
 232
 233
 234   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
 235
 236   template<PieceType Pt, Color Us>
 237   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
 238
 239     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 240
 241     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
 242
 243     // Initial bonus based on square
 244     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
 245
 246     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
 247     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
 248     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
 249     {
 250         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
 251             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
 252             bonus += bonus + bonus / 2;
 253         else
 254             bonus += bonus / 2;
 255     }
 256
 257     return make_score(bonus, bonus);
 258   }
 259
 260
 261   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
 262
 263   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
 264   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
 265
 266     Bitboard b;
 267     Square s;
 268     Score score = SCORE_ZERO;
 269
 270     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 271     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 272     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
 273
 274     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 275
 276     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 277     {
 278         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 279         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 280           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 281                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 282
 283         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 284             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
 285
 286         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 287
 288         if (b & ei.kingRing[Them])
 289         {
 290             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 291             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 292             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 293             if (bb)
 294                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 295         }
 296
 297         if (Pt == QUEEN)
 298             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 299                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 300                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 301
 302         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
 303                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
 304
 305         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 306
 307         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
 308         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
 309         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
 310             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
 311
 312         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 313         {
 314             // Penalty for bishop with same colored pawns
 315             if (Pt == BISHOP)
 316                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 317
 318             // Bishop and knight outpost square
 319             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
 320                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
 321
 322             // Bishop or knight behind a pawn
 323             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 324                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 325                 score += MinorBehindPawn;
 326         }
 327
 328         if (Pt == ROOK)
 329         {
 330             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
 331             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 332             {
 333                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 334                 if (pawns)
 335                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
 336             }
 337
 338             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
 339             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 340                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
 341
 342             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 343                 continue;
 344
 345             Square ksq = pos.king_square(Us);
 346
 347             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
 348             // king has lost its castling capability.
 349             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 350                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 351                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 352                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 353         }
 354
 355         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 356         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 357         // when that pawn is also blocked.
 358         if (   Pt == BISHOP
 359             && pos.is_chess960()
 360             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 361         {
 362             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 363             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 364                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 365                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 366                                                                           : TrappedBishopA1H1;
 367         }
 368     }
 369
 370     if (Trace)
 371         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
 372
 373     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 374   }
 375
 376   template<>
 377   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 378   template<>
 379   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 380
 381
 382   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 383
 384   template<Color Us, bool Trace>
 385   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 386
 387     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 388
 389     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 390     int attackUnits;
 391     const Square ksq = pos.king_square(Us);
 392
 393     // King shelter and enemy pawns storm
 394     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 395
 396     // Main king safety evaluation
 397     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 398     {
 399         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 400         // apart from the king itself
 401         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 402                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 403                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 404                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 405                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 406
 407         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 408         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 409         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 410         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 411         // the pawn shelter (current 'score' value).
 412         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
 413                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
 414                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
 415                      - mg_value(score) / 32;
 416
 417         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 418         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
 419         // queen...
 420         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 421         if (b)
 422         {
 423             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 424             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 425                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 426
 427             if (b)
 428                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 429         }
 430
 431         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
 432         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
 433         // rooks...
 434         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
 435
 436         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
 437         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
 438
 439         if (b)
 440         {
 441             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 442             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 443                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
 444
 445             if (b)
 446                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
 447         }
 448
 449         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 450         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 451
 452         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
 453         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 454
 455         // Enemy queen safe checks
 456         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 457         if (b)
 458             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 459
 460         // Enemy rooks safe checks
 461         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 462         if (b)
 463             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 464
 465         // Enemy bishops safe checks
 466         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 467         if (b)
 468             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 469
 470         // Enemy knights safe checks
 471         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 472         if (b)
 473             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 474
 475         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
 476         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
 477
 478         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 479         // array and subtract the score from evaluation.
 480         score -= KingDanger[attackUnits];
 481     }
 482
 483     if (Trace)
 484         Tracing::terms[Us][KING] = score;
 485
 486     return score;
 487   }
 488
 489
 490   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
 491   // and the type of attacked one.
 492
 493   template<Color Us, bool Trace>
 494   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 495
 496     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 497
 498     Bitboard b, weakEnemies;
 499     Score score = SCORE_ZERO;
 500
 501     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 502     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
 503                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 504                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 505
 506     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
 507     if (weakEnemies)
 508     {
 509         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 510         if (b)
 511             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
 512
 513         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 514         if (b)
 515             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
 516
 517         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 518         if (b)
 519             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
 520     }
 521
 522     if (Trace)
 523         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
 524
 525     return score;
 526   }
 527
 528
 529   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 530
 531   template<Color Us, bool Trace>
 532   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 533
 534     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 535
 536     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 537     Score score = SCORE_ZERO;
 538
 539     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 540
 541     while (b)
 542     {
 543         Square s = pop_lsb(&b);
 544
 545         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 546
 547         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 548         int rr = r * (r - 1);
 549
 550         // Base bonus based on rank
 551         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
 552
 553         if (rr)
 554         {
 555             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 556
 557             // Adjust bonus based on the king's proximity
 558             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
 559                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 560
 561             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 562             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 563                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 564
 565             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 566             if (pos.empty(blockSq))
 567             {
 568                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 569
 570                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
 571                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
 572                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 573                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
 574                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
 575                     unsafeSquares = squaresToQueen;
 576                 else
 577                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 578
 579                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 580                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
 581                     defendedSquares = squaresToQueen;
 582                 else
 583                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 584
 585                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 586                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 587                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 588
 589                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
 590                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 591                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 592                     k += 6;
 593
 594                 else if (defendedSquares & blockSq)
 595                     k += 4;
 596
 597                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 598             }
 599         } // rr != 0
 600
 601         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 602             ebonus += ebonus / 4;
 603
 604         score += make_score(mbonus, ebonus);
 605     }
 606
 607     if (Trace)
 608         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
 609
 610     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 611     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
 612   }
 613
 614
 615   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
 616   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
 617   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
 618
 619   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
 620
 621     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
 622
 623     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
 624         return SCORE_ZERO;
 625
 626     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
 627   }
 628
 629
 630   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 631   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 632   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 633   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 634   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
 635   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
 636   template<Color Us>
 637   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 638
 639     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 640
 641     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 642     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 643     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 644     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
 645                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 646                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 647                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 648
 649     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 650     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 651     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 652     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 653
 654     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
 655     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 656
 657     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
 658     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 659   }
 660
 661
 662   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
 663
 664   template<bool Trace>
 665   Value do_evaluate(const Position& pos) {
 666
 667     assert(!pos.checkers());
 668
 669     EvalInfo ei;
 670     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 671     Thread* thisThread = pos.this_thread();
 672
 673     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
 674     // in the position object (material + piece square tables).
 675     // Score is computed from the point of view of white.
 676     score = pos.psq_score();
 677
 678     // Probe the material hash table
 679     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
 680     score += ei.mi->material_value();
 681
 682     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 683     // configuration, call it and return.
 684     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
 685         return ei.mi->evaluate(pos);
 686
 687     // Probe the pawn hash table
 688     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
 689     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
 690
 691     // Initialize attack and king safety bitboards
 692     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
 693     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
 694
 695     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
 696     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
 697
 698     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
 699     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
 700                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
 701
 702     // Evaluate pieces and mobility
 703     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 704     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
 705
 706     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
 707     // information when computing the king safety evaluation.
 708     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
 709             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
 710
 711     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 712     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
 713             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
 714
 715     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 716     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
 717             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
 718
 719     // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
 720     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
 721         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
 722                 - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
 723
 724     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
 725     if (ei.mi->space_weight())
 726     {
 727         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 728         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
 729     }
 730
 731     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
 732     ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
 733                                                   : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
 734
 735     // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
 736     // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
 737     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 738         &&  pos.opposite_bishops()
 739         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 740     {
 741         // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
 742         // other pieces?
 743         if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 744             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 745         {
 746             // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
 747             // certainly a draw or at least two pawns.
 748             bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
 749             sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
 750         }
 751         else
 752             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 753             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 754              sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 755     }
 756
 757     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 758     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
 759              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 760
 761     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 762
 763     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
 764     if (Trace)
 765     {
 766         Tracing::add_term(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
 767         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
 768         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
 769         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
 770                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
 771         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
 772         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 773         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
 774         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
 775         Tracing::ei = ei;
 776         Tracing::sf = sf;
 777     }
 778
 779     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 780   }
 781
 782
 783   // Tracing function definitions
 784
 785   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
 786
 787   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
 788
 789     terms[WHITE][idx] = wScore;
 790     terms[BLACK][idx] = bScore;
 791   }
 792
 793   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
 794
 795     Score wScore = terms[WHITE][idx];
 796     Score bScore = terms[BLACK][idx];
 797
 798     switch (idx) {
 799     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
 800         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
 801            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
 802            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
 803         break;
 804     default:
 805         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
 806            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
 807            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
 808            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
 809            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
 810            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
 811            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
 812     }
 813   }
 814
 815   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
 816
 817     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
 818
 819     Value v = do_evaluate<true>(pos);
 820     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 821
 822     std::stringstream ss;
 823     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 824        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 825        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 826        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
 827
 828     format_row(ss, "Material", MATERIAL);
 829     format_row(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
 830     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
 831     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
 832     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
 833     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
 834     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
 835     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
 836     format_row(ss, "King safety", KING);
 837     format_row(ss, "Threats", THREAT);
 838     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
 839     format_row(ss, "Space", SPACE);
 840
 841     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
 842     format_row(ss, "Total", TOTAL);
 843
 844     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 845
 846     return ss.str();
 847   }
 848
 849 } // namespace
 850
 851
 852 namespace Eval {
 853
 854   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 855   /// of the position always from the point of view of the side to move.
 856
 857   Value evaluate(const Position& pos) {
 858     return do_evaluate<false>(pos) + Tempo;
 859   }
 860
 861
 862   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 863   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 864   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
 865   /// debugging.
 866   std::string trace(const Position& pos) {
 867     return Tracing::do_trace(pos);
 868   }
 869
 870
 871   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
 872   /// and setup king tables.
 873
 874   void init() {
 875
 876     const double MaxSlope = 30;
 877     const double Peak = 1280;
 878
 879     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
 880     {
 881         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
 882         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
 883     }
 884   }
 885
 886 } // namespace Eval