Retire ScalePawnSpan[]
[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
31 namespace {
32
33   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
34   // by the evaluation functions.
35   struct EvalInfo {
36
37     // Pointers to material and pawn hash table entries
38     Material::Entry* mi;
39     Pawns::Entry* pi;
40
41     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
42     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
43     // contains all squares attacked by the given color.
44     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
45
46     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
47     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
48     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
49     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
50     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
51     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
52     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
53
54     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
55     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
56     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
57
58     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
59     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
60     // weights of the individual piece types are given by the variables
61     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
62     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
63     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
64
65     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
66     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
67     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
68     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
69     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
70     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
71
72     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
73   };
74
75   namespace Tracing {
76
77     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
78       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
79     };
80
81     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
82     EvalInfo ei;
83     ScaleFactor sf;
84
85     double to_cp(Value v);
86     void write(int idx, Color c, Score s);
87     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
88     void print(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(0, 38), S(32, 45), S(32, 45), S(41,100), S(35,104) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(7, 28), S(20, 49), S(20, 49), S(8 , 42), S(23, 44) }  // 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   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
154   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
155   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
156   const Score RookOnPawn       = S(10, 28);
157   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
158   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
159   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
160   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
161   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
162   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
163   const Score Hanging          = S(23, 20);
164
165   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
166   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
167   // happen in Chess960 games.
168   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
169
170   #undef S
171
172   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
173   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
174   // based on how many squares inside this area are safe and available for
175   // friendly minor pieces.
176   const Bitboard SpaceMask[] = {
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
179   };
180
181   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
182   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
183   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
184   // index to KingDanger[].
185   //
186   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
187   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
188
189   // Bonuses for enemy's safe checks
190   const int QueenContactCheck = 24;
191   const int RookContactCheck  = 16;
192   const int QueenCheck        = 12;
193   const int RookCheck         = 8;
194   const int BishopCheck       = 2;
195   const int KnightCheck       = 3;
196
197   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
198   // scores, indexed by a calculated integer number.
199   Score KingDanger[128];
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.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 * 2, bonus / 2);
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 * 22, 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::write(Pt, Us, 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                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
417
418         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
419         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
420         // queen...
421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
422         if (b)
423         {
424             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
425             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
426                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
427
428             if (b)
429                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
430         }
431
432         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
433         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
434         // rooks...
435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
436
437         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
438         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
439
440         if (b)
441         {
442             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
443             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
444                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
445
446             if (b)
447                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
448         }
449
450         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
451         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
452
453         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
454         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
455
456         // Enemy queen safe checks
457         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
458         if (b)
459             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
460
461         // Enemy rooks safe checks
462         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
463         if (b)
464             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
465
466         // Enemy bishops safe checks
467         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
468         if (b)
469             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
470
471         // Enemy knights safe checks
472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
473         if (b)
474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
475
476         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
477         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
478
479         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
480         // array and subtract the score from evaluation.
481         score -= KingDanger[attackUnits];
482     }
483
484     if (Trace)
485         Tracing::write(KING, Us, score);
486
487     return score;
488   }
489
490
491   // max_piece_type() is a helper function used by evaluate_threats() to get
492   // the value of the biggest PieceType of color C in 'target' bitboard.
493
494   template<Color C>
495   inline PieceType max_piece_type(const Position& pos, const Bitboard target) {
496
497     assert(target & (pos.pieces(C) ^ pos.pieces(C, KING)));
498
499     for (PieceType pt = QUEEN; pt > PAWN; --pt)
500         if (target & pos.pieces(C, pt))
501             return pt;
502
503     return PAWN;
504   }
505
506
507   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
508   // and the type of attacked one.
509
510   template<Color Us, bool Trace>
511   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
512
513     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
514
515     enum { Minor, Major };
516
517     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
518     Score score = SCORE_ZERO;
519
520     // Enemies defended by a pawn and under our attack by a minor piece
521     protectedEnemies =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
522                       &  ei.attackedBy[Them][PAWN]
523                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
524
525     if (protectedEnemies)
526         score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, protectedEnemies)];
527
528     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
529     weakEnemies =   pos.pieces(Them)
530                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
531                  &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
532
533     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
534     if (weakEnemies)
535     {
536         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
537         if (b)
538             score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, b)];
539
540         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
541         if (b)
542             score += Threat[Major][max_piece_type<Them>(pos, b)];
543
544         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
545         if (b)
546             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
547
548         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
549         if (b)
550             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
551     }
552
553     if (Trace)
554         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
555
556     return score;
557   }
558
559
560   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
561
562   template<Color Us, bool Trace>
563   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
564
565     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
566
567     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
568     Score score = SCORE_ZERO;
569
570     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
571
572     while (b)
573     {
574         Square s = pop_lsb(&b);
575
576         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
577
578         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
579         int rr = r * (r - 1);
580
581         // Base bonus based on rank
582         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
583
584         if (rr)
585         {
586             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
587
588             // Adjust bonus based on the king's proximity
589             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
590                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
591
592             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
593             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
594                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
595
596             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
597             if (pos.empty(blockSq))
598             {
599                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
600                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
601                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
602                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
603
604                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
605
606                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
607                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
608
609                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
610                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
611
612                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
613                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
614                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
615
616                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
617                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
618                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
619                     k += 6;
620
621                 else if (defendedSquares & blockSq)
622                     k += 4;
623
624                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
625             }
626             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
627                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
628         } // rr != 0
629
630         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
631             ebonus += ebonus / 4;
632
633         score += make_score(mbonus, ebonus);
634     }
635
636     if (Trace)
637         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
638
639     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
640     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
641   }
642
643
644   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
645   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
646   // possibility that pawns are unstoppable.
647
648   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
649
650     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
651
652     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
653   }
654
655
656   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
657   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
658   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
659   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
660   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
661   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
662   template<Color Us>
663   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
664
665     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
666
667     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
668     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
669     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
670     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
671                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
672                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
673                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
674
675     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
676     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
677     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
678     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
679
680     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
681     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
682
683     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
684     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
685   }
686
687
688   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
689
690   template<bool Trace>
691   Value do_evaluate(const Position& pos) {
692
693     assert(!pos.checkers());
694
695     EvalInfo ei;
696     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
697     Thread* thisThread = pos.this_thread();
698
699     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
700     // in the position object (material + piece square tables).
701     // Score is computed from the point of view of white.
702     score = pos.psq_score();
703
704     // Probe the material hash table
705     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
706     score += ei.mi->material_value();
707
708     // If we have a specialized evaluation function for the current material
709     // configuration, call it and return.
710     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
711         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
712
713     // Probe the pawn hash table
714     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
715     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
716
717     // Initialize attack and king safety bitboards
718     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
719     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
720
721     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
722     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
723
724     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
725     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
726                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
727
728     // Evaluate pieces and mobility
729     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
730     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
731
732     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
733     // information when computing the king safety evaluation.
734     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
735             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
736
737     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
738     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
739             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
740
741     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
742     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
743             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
744
745     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
746     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
747         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
748                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
749
750     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
751     if (ei.mi->space_weight())
752     {
753         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
754         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
755     }
756
757     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
758     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
759     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
760
761     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
762     // types of endgames, and use a lower scale for those.
763     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
764         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
765     {
766         if (pos.opposite_bishops())
767         {
768             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
769             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
770             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
771                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
772                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
773
774             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
775             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
776             else
777                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
778         }
779         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
780         // pawns are drawish.
781         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
782                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
783                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
784                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
785     }
786
787     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
788     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
789              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
790
791     v /= int(PHASE_MIDGAME);
792
793     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
794     if (Trace)
795     {
796         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
797         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
798         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
799         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
800                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
801         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
802         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
803         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
804         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
805         Tracing::ei = ei;
806         Tracing::sf = sf;
807     }
808
809     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
810   }
811
812
813   // Tracing function definitions
814
815   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
816
817   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
818
819   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
820
821     write(idx, WHITE, w);
822     write(idx, BLACK, b);
823   }
824
825   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
826
827     Score wScore = scores[WHITE][idx];
828     Score bScore = scores[BLACK][idx];
829
830     switch (idx) {
831     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
832         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
833            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
834            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
835         break;
836     default:
837         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
838            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
839            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
840            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
841            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
842            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
843            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
844     }
845   }
846
847   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
848
849     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
850
851     Value v = do_evaluate<true>(pos);
852     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
853
854     std::stringstream ss;
855     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
856        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
857        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
858        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
859
860     print(ss, "Material", MATERIAL);
861     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
862     print(ss, "Pawns", PAWN);
863     print(ss, "Knights", KNIGHT);
864     print(ss, "Bishops", BISHOP);
865     print(ss, "Rooks", ROOK);
866     print(ss, "Queens", QUEEN);
867     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
868     print(ss, "King safety", KING);
869     print(ss, "Threats", THREAT);
870     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
871     print(ss, "Space", SPACE);
872
873     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
874     print(ss, "Total", TOTAL);
875
876     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
877
878     return ss.str();
879   }
880
881 } // namespace
882
883
884 namespace Eval {
885
886   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
887   /// of the position always from the point of view of the side to move.
888
889   Value evaluate(const Position& pos) {
890     return do_evaluate<false>(pos);
891   }
892
893
894   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
895   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
896   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
897   /// debugging.
898   std::string trace(const Position& pos) {
899     return Tracing::do_trace(pos);
900   }
901
902
903   /// init() computes evaluation weights.
904
905   void init() {
906
907     const double MaxSlope = 30;
908     const double Peak = 1280;
909
910     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
911     {
912         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
913         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
914     }
915   }
916
917 } // namespace Eval