Retire apply_weight()
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
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 <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30
31 namespace {
32
33   namespace Tracing {
34
35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
37     };
38
39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
40
41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
42
43     double to_cp(Value v);
44     void write(int idx, Color c, Score s);
45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
46     std::string do_trace(const Position& pos);
47   }
48
49
50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
51   // by the evaluation functions.
52   struct EvalInfo {
53
54     // Pointers to material and pawn hash table entries
55     Material::Entry* mi;
56     Pawns::Entry* pi;
57
58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
60     // contains all squares attacked by the given color.
61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
62
63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
70
71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
74
75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
78     // KingAttackWeights array.
79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
80
81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
87
88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
89   };
90
91
92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
97   };
98
99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
101   }
102
103
104   #define V(v) Value(v)
105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
106
107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
109   // friendly pieces.
110   const Score MobilityBonus[][32] = {
111     {}, {},
112     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
113       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
114     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
115       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
116       S( 84, 79), S( 86, 81) },
117     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
118       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
119       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
120     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
121       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
122       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
123       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
124       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
125   };
126
127   // Outpost[Bishop/Knight][Square] contains bonuses for knights and bishops
128   // outposts, indexed by piece type and square (from white's point of view).
129   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
130   {// A     B     C     D     E     F     G     H
131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
134     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
135     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
137   {
138     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
139     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
140     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
141     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
142     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
143     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
144   };
145
146   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
147   // bonuses according to which piece type attacks which one.
148   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
149   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
150     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
151   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
152     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(87, 118), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
159   };
160
161   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
162   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
163   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
164   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
165   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
166   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
167   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
168   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
169   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
170   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
171   const Score Hanging            = S(31, 26);
172   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
173   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
174
175   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
176   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
177   // happen in Chess960 games.
178   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
179
180   #undef S
181   #undef V
182
183   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
184   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
185   // based on how many squares inside this area are safe and available for
186   // friendly minor pieces.
187   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
188     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
189     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
190   };
191
192   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
193   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
194   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
195   // index to KingDanger[].
196   Score KingDanger[512];
197
198   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
199   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
200
201   // Penalties for enemy's safe checks
202   const int QueenContactCheck = 89;
203   const int RookContactCheck  = 71;
204   const int QueenCheck        = 50;
205   const int RookCheck         = 37;
206   const int BishopCheck       = 6;
207   const int KnightCheck       = 14;
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     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
222
223     // Init king safety tables only if we are going to use them
224     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
225     {
226         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
227         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
228         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
229         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
230     }
231     else
232         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
233   }
234
235
236   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
237
238   template<PieceType Pt, Color Us>
239   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
240
241     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
242
243     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
244
245     // Initial bonus based on square
246     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
247
248     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
249     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
250     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
251     {
252         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
253             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
254             bonus += bonus + bonus / 2;
255         else
256             bonus += bonus / 2;
257     }
258
259     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
260   }
261
262
263   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
264
265   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
266   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
267
268     Bitboard b;
269     Square s;
270     Score score = SCORE_ZERO;
271
272     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
273     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
274     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
275
276     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
277
278     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
279     {
280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
284
285         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
286             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
287
288         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
289
290         if (b & ei.kingRing[Them])
291         {
292             ei.kingAttackersCount[Us]++;
293             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
294             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
295             if (bb)
296                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
297         }
298
299         if (Pt == QUEEN)
300             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
301                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
302                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
303
304         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Bonus for outpost square
316             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
317                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
318
319             // Bonus when behind a pawn
320             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
321                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
322                 score += MinorBehindPawn;
323
324             // Penalty for pawns on same color square of bishop
325             if (Pt == BISHOP)
326                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
327
328             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
329             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
330             // when that pawn is also blocked.
331             if (   Pt == BISHOP
332                 && pos.is_chess960()
333                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
334             {
335                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
336                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
337                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
338                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
339                                                                               : TrappedBishopA1H1;
340             }
341         }
342
343         if (Pt == ROOK)
344         {
345             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
346             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
347             {
348                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
349                 if (alignedPawns)
350                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
351             }
352
353             // Bonus when on an open or semi-open file
354             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
355                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
356
357             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
358             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
359             {
360                 Square ksq = pos.king_square(Us);
361
362                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
363                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
364                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
365                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
366             }
367         }
368     }
369
370     if (Trace)
371         Tracing::write(Pt, Us, score);
372
373     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
414                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
415                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
416                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
417                      - mg_value(score) / 8
418                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
419
420         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
421         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
422         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
423         if (b)
424         {
425             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
426             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
427                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
428
429             if (b)
430                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
431         }
432
433         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
434         // undefended squares around the king reachable by the enemy 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 = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
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         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
477         // array and subtract the score from evaluation.
478         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
479     }
480
481     if (Trace)
482         Tracing::write(KING, Us, score);
483
484     return score;
485   }
486
487
488   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
489   // and the type of attacked one.
490
491   template<Color Us, bool Trace>
492   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
493
494     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
495     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
496     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
497     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
498     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
499     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
500
501     enum { Defended, Weak };
502     enum { Minor, Major };
503
504     Bitboard b, weak, defended;
505     Score score = SCORE_ZERO;
506
507     // Non-pawn enemies defended by a pawn
508     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
509
510     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
511     if (defended)
512     {
513         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
514         while (b)
515             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
516
517         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
518         while (b)
519             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
520     }
521
522     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
523     weak =   pos.pieces(Them)
524           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
525           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
526
527     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
528     if (weak)
529     {
530         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
531         while (b)
532             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
533
534         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
535         while (b)
536             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
537
538         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
539         if (b)
540             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
541
542         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
543         if (b)
544             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
545     }
546
547     // Add a small bonus for safe pawn pushes
548     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
549     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
550
551     b &=  ~pos.pieces()
552         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
553         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
554
555     if (b)
556         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
557
558     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
559     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
560        &  pos.pieces(Them)
561        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
562
563     if (b)
564         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
565
566     if (Trace)
567         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
568
569     return score;
570   }
571
572
573   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
574
575   template<Color Us, bool Trace>
576   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
577
578     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
579
580     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
581     Score score = SCORE_ZERO;
582
583     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
584
585     while (b)
586     {
587         Square s = pop_lsb(&b);
588
589         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
590
591         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
592         int rr = r * (r - 1);
593
594         // Base bonus based on rank
595         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
596
597         if (rr)
598         {
599             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
600
601             // Adjust bonus based on the king's proximity
602             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
603                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
604
605             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
606             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
607                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
608
609             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
610             if (pos.empty(blockSq))
611             {
612                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
613                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
614                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
615                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
616
617                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
618
619                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
620                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
621
622                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
623                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
624
625                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
626                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
627                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
628
629                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
630                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
631                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
632                     k += 6;
633
634                 else if (defendedSquares & blockSq)
635                     k += 4;
636
637                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
638             }
639             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
640                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
641         } // rr != 0
642
643         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
644             ebonus += ebonus / 4;
645
646         score += make_score(mbonus, ebonus);
647     }
648
649     if (Trace)
650         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
651
652     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
653     return score * Weights[PassedPawns];
654   }
655
656
657   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
658   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
659   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
660   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
661   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
662   // improve play on game opening.
663   template<Color Us>
664   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
665
666     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
667
668     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
669     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
670     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
671     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
672                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
673                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
674                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
675
676     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
677     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
678     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
679     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
680
681     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
682     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
683
684     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
685     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
686     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
687                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
688
689     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
690   }
691
692
693   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
694
695   template<bool Trace>
696   Value do_evaluate(const Position& pos) {
697
698     assert(!pos.checkers());
699
700     EvalInfo ei;
701     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
702
703     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
704     // in the position object (material + piece square tables).
705     // Score is computed from the point of view of white.
706     score = pos.psq_score();
707
708     // Probe the material hash table
709     ei.mi = Material::probe(pos);
710     score += ei.mi->imbalance();
711
712     // If we have a specialized evaluation function for the current material
713     // configuration, call it and return.
714     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
715         return ei.mi->evaluate(pos);
716
717     // Probe the pawn hash table
718     ei.pi = Pawns::probe(pos);
719     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
720
721     // Initialize attack and king safety bitboards
722     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
723     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
724
725     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
726     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
727
728     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
729     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
730                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
731
732     // Evaluate pieces and mobility
733     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
734     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
735
736     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
737     // information when computing the king safety evaluation.
738     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
739             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
740
741     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
742     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
743             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
744
745     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
746     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
747             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
748
749     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
750     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
751     {
752         Bitboard b;
753         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
754             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
755
756         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
757             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
758     }
759
760     // Evaluate space for both sides, only during opening
761     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
762         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
763
764     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
765     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
766     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
767
768     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
769     // types of endgames, and use a lower scale for those.
770     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
771         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
772     {
773         if (pos.opposite_bishops())
774         {
775             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
776             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
777             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
778                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
779                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
780
781             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
782             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
783             else
784                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
785         }
786         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
787         // pawns are drawish.
788         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
789                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
790                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
791                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
792     }
793
794     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
795     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
796              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
797
798     v /= int(PHASE_MIDGAME);
799
800     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
801     if (Trace)
802     {
803         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
804         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
805         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
806         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
807                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
808         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
809                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
810         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
811     }
812
813     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
814   }
815
816
817   // Tracing functions
818
819   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
820
821   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
822
823   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
824     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
825   }
826
827   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
828
829     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
830     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
831
832     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
833         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
834     else
835         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
836            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
837
838     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
839        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
840
841     return os;
842   }
843
844   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
845
846     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
847
848     Value v = do_evaluate<true>(pos);
849     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
850
851     std::stringstream ss;
852     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
853        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
854        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
855        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
856        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
857        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
858        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
859        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
860        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
861        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
862        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
863        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
864        << "    King safety | " << Term(KING)
865        << "        Threats | " << Term(THREAT)
866        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
867        << "          Space | " << Term(SPACE)
868        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
869        << "          Total | " << Term(TOTAL);
870
871     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
872
873     return ss.str();
874   }
875
876 } // namespace
877
878
879 namespace Eval {
880
881   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
882   /// of the position always from the point of view of the side to move.
883
884   Value evaluate(const Position& pos) {
885     return do_evaluate<false>(pos);
886   }
887
888
889   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
890   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
891   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
892   /// debugging.
893   std::string trace(const Position& pos) {
894     return Tracing::do_trace(pos);
895   }
896
897
898   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
899
900   void init() {
901
902     const int MaxSlope = 8700;
903     const int Peak = 1280000;
904     int t = 0;
905
906     for (int i = 0; i < 400; ++i)
907     {
908         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
909         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
910     }
911   }
912
913 } // namespace Eval