git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 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 }