Retire MovePicker::see_sign()
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31
32 namespace {
33
34   namespace Trace {
35
36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
38     };
39
40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
41
42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44     void add(int idx, Color c, Score s) {
45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
47     }
48
49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
51     }
52
53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
54
55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
57       else
58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
62
63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
65
66       return os;
67     }
68   }
69
70   using namespace Trace;
71
72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
73   // by the evaluation functions.
74   struct EvalInfo {
75
76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
79
80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
84
85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
92
93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
96
97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
100     // KingAttackWeights array.
101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
102
103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
109
110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
111     Material::Entry* me;
112     Pawns::Entry* pi;
113   };
114
115   #define V(v) Value(v)
116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
117
118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
120   const Score MobilityBonus[][32] = {
121     {}, {},
122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
135   };
136
137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
139   const Score Outpost[][2] = {
140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
142   };
143
144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
146   // if outpost square is supported by a pawn.
147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
150   };
151
152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
153   // friendly pawn on the rook file.
154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
155
156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
160
161   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
162   // bonuses according to which piece type attacks which one.
163   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
164   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
165     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
166     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
167   };
168
169   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
170   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
171   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
172
173   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
174   // We don't use a Score because we process the two components independently.
175   const Value Passed[][RANK_NB] = {
176     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
177     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
178   };
179
180   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
181   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
182     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
183     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
184   };
185
186   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
187   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
188   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
189   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
190   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
191   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
192   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
193   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
194   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
195   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
196   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
197   const Score Hanging             = S(48, 27);
198   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
199   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
200
201   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
202   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
203   // happen in Chess960 games.
204   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
205
206   #undef S
207   #undef V
208
209   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
210   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
211   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
212   // index to KingDanger[].
213   Score KingDanger[400];
214
215   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
216   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
217
218   // Penalties for enemy's safe checks
219   const int QueenContactCheck = 89;
220   const int QueenCheck        = 62;
221   const int RookCheck         = 57;
222   const int BishopCheck       = 48;
223   const int KnightCheck       = 78;
224
225
226   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
227   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
228
229   template<Color Us>
230   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
231
232     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
233     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
234
235     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
236     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
237     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
238     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
239     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
240
241     // Init king safety tables only if we are going to use them
242     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
243     {
244         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
245         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
246         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
247         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
248     }
249     else
250         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
251   }
252
253
254   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
255   // color and type.
256
257   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
258   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
259                         const Bitboard* mobilityArea) {
260     Bitboard b, bb;
261     Square s;
262     Score score = SCORE_ZERO;
263
264     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
265     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
266     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
267                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
268     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
269
270     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
271
272     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
273     {
274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
278
279         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
281
282         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
283         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
284
285         if (b & ei.kingRing[Them])
286         {
287             ei.kingAttackersCount[Us]++;
288             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
289             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
290         }
291
292         if (Pt == QUEEN)
293             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
294                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
295                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
296
297         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
298
299         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
300
301         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
302         {
303             // Bonus for outpost squares
304             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
305             if (bb & s)
306                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
307             else
308             {
309                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
310                 if (bb)
311                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
312             }
313
314             // Bonus when behind a pawn
315             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
316                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
317                 score += MinorBehindPawn;
318
319             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
320             if (Pt == BISHOP)
321                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
322
323             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
324             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
325             // when that pawn is also blocked.
326             if (   Pt == BISHOP
327                 && pos.is_chess960()
328                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
329             {
330                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
331                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
332                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
333                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
334                                                                               : TrappedBishopA1H1;
335             }
336         }
337
338         if (Pt == ROOK)
339         {
340             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
341             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
342                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
343
344             // Bonus when on an open or semi-open file
345             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
346                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
347
348             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
349             else if (mob <= 3)
350             {
351                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
352
353                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
354                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
355                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
356                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
357             }
358         }
359
360         if (Pt == QUEEN)
361         {
362             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
363             Bitboard pinners;
364             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
365                 score -= WeakQueen;
366         }
367     }
368
369     if (DoTrace)
370         Trace::add(Pt, Us, score);
371
372     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
373     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
374   }
375
376   template<>
377   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
378   template<>
379   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
380
381
382   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
383
384   const Bitboard WhiteCamp = Rank1BB | Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB;
385   const Bitboard BlackCamp = Rank8BB | Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB;
386   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
387   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
388   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
389
390   const Bitboard KingFlank[COLOR_NB][FILE_NB] = {
391     { QueenSide   & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, CenterFiles & WhiteCamp,
392       CenterFiles & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide    & WhiteCamp },
393     { QueenSide   & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, CenterFiles & BlackCamp,
394       CenterFiles & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide    & BlackCamp },
395   };
396
397   template<Color Us, bool DoTrace>
398   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
399
400     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
401     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
402
403     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
404     int attackUnits;
405     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
406
407     // King shelter and enemy pawns storm
408     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
409
410     // Main king safety evaluation
411     if (ei.kingAttackersCount[Them])
412     {
413         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
414         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
415                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
416                     & ~ei.attackedBy2[Us];
417
418         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
419         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
420            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
421
422         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
423         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
424         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
425         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
426         // the pawn shelter (current 'score' value).
427         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
428                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
429                      + 21 * popcount(undefended)
430                      + 12 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
431                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
432                      - mg_value(score) / 8;
433
434         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
435         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
436         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
437
438         // ...and keep squares supported by another enemy piece
439         attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
440
441         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
442         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
443
444         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
445         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
446         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
447                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift_bb<Up>(pos.pieces(PAWN))));
448
449         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
450         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
451
452         // Enemy queen safe checks
453         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
454             attackUnits += QueenCheck, score -= SafeCheck;
455
456         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
457         // and only defended by a queen.
458         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
459                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
460                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
461
462         // Enemy rooks safe and other checks
463         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
464             attackUnits += RookCheck, score -= SafeCheck;
465
466         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
467             score -= OtherCheck;
468
469         // Enemy bishops safe and other checks
470         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
471             attackUnits += BishopCheck, score -= SafeCheck;
472
473         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
474             score -= OtherCheck;
475
476         // Enemy knights safe and other checks
477         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
478         if (b & safe)
479             attackUnits += KnightCheck, score -= SafeCheck;
480
481         else if (b & other)
482             score -= OtherCheck;
483
484         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
485         // array and subtract the score from the evaluation.
486         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
487     }
488
489     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
490     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[Us][file_of(ksq)];
491
492     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
493     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
494
495     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
496     // which are not defended by our pawns.
497     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
498        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
499
500     score -= CloseEnemies * popcount(b);
501
502     if (DoTrace)
503         Trace::add(KING, Us, score);
504
505     return score;
506   }
507
508
509   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
510   // and the attacked pieces.
511
512   template<Color Us, bool DoTrace>
513   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
514
515     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
516     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
517     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
518     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
519     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
520     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
521
522     enum { Minor, Rook };
523
524     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
525     Score score = SCORE_ZERO;
526
527     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
528     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
529         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
530         score += LooseEnemies;
531
532     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
533     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
534
535     if (weak)
536     {
537         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
538                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
539
540         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
541
542         if (weak ^ safeThreats)
543             score += ThreatByHangingPawn;
544
545         while (safeThreats)
546             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
547     }
548
549     // Non-pawn enemies defended by a pawn
550     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
551
552     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
553     weak =   pos.pieces(Them)
554           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
555           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
556
557     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
558     if (defended | weak)
559     {
560         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
561         while (b)
562             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
563
564         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
565         while (b)
566             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
567
568         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
569
570         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
571         if (b)
572             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
573     }
574
575     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
576     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
577     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
578
579     b &=  ~pos.pieces()
580         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
581         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
582
583     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
584        &  pos.pieces(Them)
585        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
586
587     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
588
589     if (DoTrace)
590         Trace::add(THREAT, Us, score);
591
592     return score;
593   }
594
595
596   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
597
598   template<Color Us, bool DoTrace>
599   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
600
601     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
602
603     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
604     Score score = SCORE_ZERO;
605
606     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
607
608     while (b)
609     {
610         Square s = pop_lsb(&b);
611
612         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
613         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
614
615         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
616         int rr = r * (r - 1);
617
618         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
619
620         if (rr)
621         {
622             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
623
624             // Adjust bonus based on the king's proximity
625             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
626                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
627
628             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
629             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
630                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
631
632             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
633             if (pos.empty(blockSq))
634             {
635                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
636                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
637                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
638                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
639
640                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
641
642                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
643                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
644
645                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
646                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
647
648                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
649                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
650                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
651
652                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
653                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
654                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
655                     k += 6;
656
657                 else if (defendedSquares & blockSq)
658                     k += 4;
659
660                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
661             }
662             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
663                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
664         } // rr != 0
665
666         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
667     }
668
669     if (DoTrace)
670         Trace::add(PASSED, Us, score);
671
672     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
673     return score;
674   }
675
676
677   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
678   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
679   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
680   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
681   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
682   // improve play on game opening.
683   template<Color Us>
684   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
685
686     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
687     const Bitboard SpaceMask =
688       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
689                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
690
691     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
692     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
693     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
694     Bitboard safe =   SpaceMask
695                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
696                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
697                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
698
699     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
700     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
701     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
702     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
703
704     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
705     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
706
707     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
708     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
709     bonus = std::min(16, bonus);
710     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pi->open_files();
711
712     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
713   }
714
715
716   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
717   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
718   // status of the players.
719   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
720
721     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
722                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
723     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
724
725     // Compute the initiative bonus for the attacking side
726     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
727
728     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
729     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
730     // that the endgame score will never be divided by more than two.
731     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
732
733     return make_score(0, value);
734   }
735
736
737   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
738   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
739
740     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
741     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
742
743     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
744     // types of endgames, and use a lower scale for those.
745     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
746         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
747     {
748         if (pos.opposite_bishops())
749         {
750             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
751             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
752             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
753                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
754                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
755
756             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
757             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
758             else
759                 sf = ScaleFactor(46);
760         }
761         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
762         // pawns are drawish.
763         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
764                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
765                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
766             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
767     }
768
769     return sf;
770   }
771
772 } // namespace
773
774
775 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
776 /// of the position from the point of view of the side to move.
777
778 template<bool DoTrace>
779 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
780
781   assert(!pos.checkers());
782
783   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
784   EvalInfo ei;
785
786   // Probe the material hash table
787   ei.me = Material::probe(pos);
788
789   // If we have a specialized evaluation function for the current material
790   // configuration, call it and return.
791   if (ei.me->specialized_eval_exists())
792       return ei.me->evaluate(pos);
793
794   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
795   // the position object (material + piece square tables) and the material
796   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
797   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
798
799   // Probe the pawn hash table
800   ei.pi = Pawns::probe(pos);
801   score += ei.pi->pawns_score();
802
803   // Initialize attack and king safety bitboards
804   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
805   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
806   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
807   eval_init<WHITE>(pos, ei);
808   eval_init<BLACK>(pos, ei);
809
810   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
811   Bitboard blockedPawns[] = {
812     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
813     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
814   };
815
816   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
817   // by our blocked pawns or king.
818   Bitboard mobilityArea[] = {
819     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
820     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
821   };
822
823   // Evaluate all pieces but king and pawns
824   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
825   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
826
827   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
828   // information when computing the king safety evaluation.
829   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
830           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
831
832   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
833   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
834           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
835
836   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
837   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
838           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
839
840   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
841   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
842   {
843       Bitboard b;
844       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
845           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
846
847       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
848           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
849   }
850
851   // Evaluate space for both sides, only during opening
852   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
853       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
854               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
855
856   // Evaluate position potential for the winning side
857   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
858
859   // Evaluate scale factor for the winning side
860   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
861
862   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
863   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
864            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
865
866   v /= int(PHASE_MIDGAME);
867
868   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
869   if (DoTrace)
870   {
871       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
872       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
873       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
874       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
875       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
876                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
877       Trace::add(TOTAL, score);
878   }
879
880   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
881 }
882
883 // Explicit template instantiations
884 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
885 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
886
887
888 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
889 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
890 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
891
892 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
893
894   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
895
896   Value v = evaluate<true>(pos);
897   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
898
899   std::stringstream ss;
900   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
901      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
902      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
903      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
904      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
905      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
906      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
907      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
908      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
909      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
910      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
911      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
912      << "    King safety | " << Term(KING)
913      << "        Threats | " << Term(THREAT)
914      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
915      << "          Space | " << Term(SPACE)
916      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
917      << "          Total | " << Term(TOTAL);
918
919   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
920
921   return ss.str();
922 }
923
924
925 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
926
927 void Eval::init() {
928
929   const int MaxSlope = 322;
930   const int Peak = 47410;
931   int t = 0;
932
933   for (int i = 0; i < 400; ++i)
934   {
935       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
936       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
937   }
938 }