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) 2015-2018 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 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  80
  81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  85   };
  86
  87   // Threshold for lazy and space evaluation
  88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  90
  91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  93
  94   // Penalties for enemy's safe checks
  95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  99
 100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 101
 102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
 105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 131
 132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 134   // pawn-defended are not considered.
 135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
 156
 157   // Assorted bonuses and penalties
 158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
 160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 161   constexpr Score Hanging            = S( 57, 32);
 162   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 163   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 164   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
 165   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 166   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
 167   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
 168   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 30);
 169   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 170   constexpr Score ThreatByKing       = S( 23, 76);
 171   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 172   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 173   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 174   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 175   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 176   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
 177
 178 #undef S
 179
 180   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 181   template<Tracing T>
 182   class Evaluation {
 183
 184   public:
 185     Evaluation() = delete;
 186     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 187     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 188     Value value();
 189
 190   private:
 191     template<Color Us> void initialize();
 192     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 193     template<Color Us> Score king() const;
 194     template<Color Us> Score threats() const;
 195     template<Color Us> Score passed() const;
 196     template<Color Us> Score space() const;
 197     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 198     Score initiative(Value eg) const;
 199
 200     const Position& pos;
 201     Material::Entry* me;
 202     Pawns::Entry* pe;
 203     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 204     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 205
 206     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 207     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 208     // is also calculated is ALL_PIECES.
 209     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 210
 211     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 212     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 213     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 214     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 215
 216     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 217     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 218     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 219     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 220     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 221
 222     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 223     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 224     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 225
 226     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 227     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 228     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 229     // the KingAttackWeights array.
 230     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 231
 232     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 233     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 234     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 235     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 236     // to kingAttacksCount[WHITE].
 237     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 238   };
 239
 240
 241   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 242   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 243   template<Tracing T> template<Color Us>
 244   void Evaluation<T>::initialize() {
 245
 246     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 247     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 248     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 249     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 250
 251     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 252     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 253
 254     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 255     // are excluded from the mobility area.
 256     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 257
 258     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 259     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 260     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 262     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 263
 264     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 265     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 266     {
 267         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 268         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 269             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 270
 271         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 272             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 273
 274         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 275             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 276
 277         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 279     }
 280     else
 281         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 282   }
 283
 284
 285   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 286   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 287   Score Evaluation<T>::pieces() {
 288
 289     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 290     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 291     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 292                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 293     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 294
 295     Bitboard b, bb;
 296     Square s;
 297     Score score = SCORE_ZERO;
 298
 299     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 300
 301     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 302     {
 303         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 304         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 305           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 306                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 307
 308         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 309             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 310
 311         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 312         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 313         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 314
 315         if (b & kingRing[Them])
 316         {
 317             kingAttackersCount[Us]++;
 318             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 319             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 320         }
 321
 322         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 323
 324         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 325
 326         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 327         {
 328             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 329             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 330             if (bb & s)
 331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 332
 333             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 334                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 335
 336             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 337             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 338                 score += MinorBehindPawn;
 339
 340             // Penalty if the piece is far from the king
 341             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 342
 343             if (Pt == BISHOP)
 344             {
 345                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 346                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 347                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 348
 349                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 350                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 351
 352                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 353                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 354                     score += LongDiagonalBishop;
 355             }
 356
 357             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 358             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 359             // when that pawn is also blocked.
 360             if (   Pt == BISHOP
 361                 && pos.is_chess960()
 362                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 363             {
 364                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 365                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 366                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 367                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 368                                                                               : CorneredBishop;
 369             }
 370         }
 371
 372         if (Pt == ROOK)
 373         {
 374             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 375             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 376                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 377
 378             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 379             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 380                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 381
 382             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 383             else if (mob <= 3)
 384             {
 385                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 386                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 387                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 388             }
 389         }
 390
 391         if (Pt == QUEEN)
 392         {
 393             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 394             Bitboard queenPinners;
 395             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 396                 score -= WeakQueen;
 397         }
 398     }
 399     if (T)
 400         Trace::add(Pt, Us, score);
 401
 402     return score;
 403   }
 404
 405
 406   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 407   template<Tracing T> template<Color Us>
 408   Score Evaluation<T>::king() const {
 409
 410     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 413
 414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 415     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 416
 417     // King shelter and enemy pawns storm
 418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 419
 420     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 421     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 422     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 423     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 424     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 425
 426     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 427
 428     // Main king safety evaluation
 429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 430     {
 431         int kingDanger = 0;
 432         unsafeChecks = 0;
 433
 434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 436               & ~attackedBy2[Us]
 437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 438
 439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 440         safe  = ~pos.pieces(Them);
 441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 442
 443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 445
 446         // Enemy queen safe checks
 447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 448             kingDanger += QueenSafeCheck;
 449
 450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 452
 453         // Enemy rooks checks
 454         if (b1 & safe)
 455             kingDanger += RookSafeCheck;
 456         else
 457             unsafeChecks |= b1;
 458
 459         // Enemy bishops checks
 460         if (b2 & safe)
 461             kingDanger += BishopSafeCheck;
 462         else
 463             unsafeChecks |= b2;
 464
 465         // Enemy knights checks
 466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 467         if (b & safe)
 468             kingDanger += KnightSafeCheck;
 469         else
 470             unsafeChecks |= b;
 471
 472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 473         // the square is in the attacker's mobility area.
 474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 475
 476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 477                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 478                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 479                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 480                      +   4 * tropism
 481                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 482                      -   6 * mg_value(score) / 8
 483                      -   30;
 484
 485         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 486         if (kingDanger > 0)
 487         {
 488             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 489             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 490             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 491         }
 492     }
 493
 494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 496         score -= PawnlessFlank;
 497
 498     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 499     score -= CloseEnemies * tropism;
 500
 501     if (T)
 502         Trace::add(KING, Us, score);
 503
 504     return score;
 505   }
 506
 507
 508   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 509   // attacking and the attacked pieces.
 510   template<Tracing T> template<Color Us>
 511   Score Evaluation<T>::threats() const {
 512
 513     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 514     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 515     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 516
 517     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 518     Score score = SCORE_ZERO;
 519
 520     // Non-pawn enemies
 521     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 522
 523     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 524     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 525     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 526                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 527
 528     // Non-pawn enemies, strongly protected
 529     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 530
 531     // Enemies not strongly protected and under our attack
 532     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 533
 534     // Safe or protected squares
 535     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 536
 537     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 538     if (defended | weak)
 539     {
 540         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 541         while (b)
 542         {
 543             Square s = pop_lsb(&b);
 544             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 545             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 546                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 547
 548             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
 549                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
 550         }
 551
 552         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 553         while (b)
 554         {
 555             Square s = pop_lsb(&b);
 556             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 557             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 558                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 559
 560             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
 561                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
 562         }
 563
 564         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 565             score += ThreatByKing;
 566
 567         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 568
 569         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 570         score += Overload * popcount(b);
 571     }
 572
 573     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 574     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 575         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 576
 577     // Find squares where our pawns can push on the next move
 578     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 579     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 580
 581     // Keep only the squares which are relatively safe
 582     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 583
 584     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 585     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 586     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 587
 588     // Our safe or protected pawns
 589     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 590
 591     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 592     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 593
 594     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 595     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 596     {
 597         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 598         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 599
 600         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 601
 602         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 603
 604         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 605            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 606
 607         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 608     }
 609
 610     if (T)
 611         Trace::add(THREAT, Us, score);
 612
 613     return score;
 614   }
 615
 616   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 617   // pawns of the given color.
 618
 619   template<Tracing T> template<Color Us>
 620   Score Evaluation<T>::passed() const {
 621
 622     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 623     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 624
 625     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 626       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 627     };
 628
 629     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 630     Score score = SCORE_ZERO;
 631
 632     b = pe->passed_pawns(Us);
 633
 634     while (b)
 635     {
 636         Square s = pop_lsb(&b);
 637
 638         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 639
 640         int r = relative_rank(Us, s);
 641         int w = PassedDanger[r];
 642
 643         Score bonus = PassedRank[r];
 644
 645         if (w)
 646         {
 647             Square blockSq = s + Up;
 648
 649             // Adjust bonus based on the king's proximity
 650             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 651                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 652
 653             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 654             if (r != RANK_7)
 655                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 656
 657             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 658             if (pos.empty(blockSq))
 659             {
 660                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 661                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 662                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 663                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 664
 665                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 666
 667                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 668                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 669
 670                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 671                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 672
 673                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 674                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 675                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 676
 677                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 678                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 679                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 680                     k += 6;
 681
 682                 else if (defendedSquares & blockSq)
 683                     k += 4;
 684
 685                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 686             }
 687         } // w != 0
 688
 689         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 690         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 691         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 692             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 693             bonus = bonus / 2;
 694
 695         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 696     }
 697
 698     if (T)
 699         Trace::add(PASSED, Us, score);
 700
 701     return score;
 702   }
 703
 704
 705   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 706   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 707   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 708   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 709   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 710   // improve play on game opening.
 711
 712   template<Tracing T> template<Color Us>
 713   Score Evaluation<T>::space() const {
 714
 715     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 716         return SCORE_ZERO;
 717
 718     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 719     constexpr Bitboard SpaceMask =
 720       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 721                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 722
 723     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 724     Bitboard safe =   SpaceMask
 725                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 726                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 727
 728     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 729     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 730     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 731     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 732
 733     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 734     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 735
 736     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 737
 738     if (T)
 739         Trace::add(SPACE, Us, score);
 740
 741     return score;
 742   }
 743
 744
 745   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 746   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 747   // known attacking/defending status of the players.
 748
 749   template<Tracing T>
 750   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 751
 752     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 753                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 754
 755     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 756                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 757
 758     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 759     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 760                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 761                     + 12 * outflanking
 762                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 763                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 764                     -118 ;
 765
 766     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 767     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 768     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 769     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 770
 771     if (T)
 772         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 773
 774     return make_score(0, v);
 775   }
 776
 777
 778   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 779
 780   template<Tracing T>
 781   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 782
 783     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 784     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 785
 786     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 787     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 788     {
 789         if (   pos.opposite_bishops()
 790             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 791             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 792             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 793         else
 794             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 795
 796     }
 797
 798     return ScaleFactor(sf);
 799   }
 800
 801
 802   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 803   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 804   // of view of the side to move.
 805
 806   template<Tracing T>
 807   Value Evaluation<T>::value() {
 808
 809     assert(!pos.checkers());
 810
 811     // Probe the material hash table
 812     me = Material::probe(pos);
 813
 814     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 815     // configuration, call it and return.
 816     if (me->specialized_eval_exists())
 817         return me->evaluate(pos);
 818
 819     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 820     // the position object (material + piece square tables) and the material
 821     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 822     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 823
 824     // Probe the pawn hash table
 825     pe = Pawns::probe(pos);
 826     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 827
 828     // Early exit if score is high
 829     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 830     if (abs(v) > LazyThreshold)
 831        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 832
 833     // Main evaluation begins here
 834
 835     initialize<WHITE>();
 836     initialize<BLACK>();
 837
 838     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 839     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 840             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 841             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 842             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 843
 844     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 845
 846     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 847             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 848             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 849             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 850
 851     score += initiative(eg_value(score));
 852
 853     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 854     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 855     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 856        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 857
 858     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 859
 860     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 861     if (T)
 862     {
 863         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 864         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 865         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 866         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 867         Trace::add(TOTAL, score);
 868     }
 869
 870     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 871            + Eval::Tempo;
 872   }
 873
 874 } // namespace
 875
 876
 877 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 878 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 879
 880 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 881   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 882 }
 883
 884
 885 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 886 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 887 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 888
 889 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 890
 891   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 892
 893   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 894
 895   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 896
 897   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 898
 899   std::stringstream ss;
 900   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 901      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 902      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 903      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 904      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 905      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 906      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 907      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 908      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 909      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 910      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 911      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 912      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 913      << " King safety | " << Term(KING)
 914      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 915      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 916      << "       Space | " << Term(SPACE)
 917      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 918      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 919
 920   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 921
 922   return ss.str();
 923 }