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,   QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide,    KingSide,  KingSide
  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   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 144   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 145   constexpr Score ThreatByKing[] = { S(25, 57), S(4, 139) };
 146
 147   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 148   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 149     S(0, 0), S(7, 10), S(7, 26), S(14, 31), S(42, 63), S(178, 167), S(279, 244)
 150   };
 151
 152   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 153   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 154     S( 17,  6), S(-4,  7), S( 2,-12), S(-17,-14),
 155     S(-17,-14), S( 2,-12), S(-4,  7), S( 17,  6)
 156   };
 157
 158   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 159   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 6, 12, 21 };
 160
 161   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
 162   constexpr Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(5, 3), S(3, 0), S(0, -2) };
 163
 164   // Assorted bonuses and penalties
 165   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  5);
 166   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
 167   constexpr Score Connectivity       = S(  3,  1);
 168   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 169   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
 170   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  5,  2);
 171   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 172   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
 173   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 174   constexpr Score Overload           = S( 10,  5);
 175   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
 176   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
 177   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 178   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 49, 30);
 179   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 180   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(186,140);
 181   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 182   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 183   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 14, 19);
 184
 185 #undef S
 186
 187   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 188   template<Tracing T>
 189   class Evaluation {
 190
 191   public:
 192     Evaluation() = delete;
 193     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 194     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 195     Value value();
 196
 197   private:
 198     template<Color Us> void initialize();
 199     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 200     template<Color Us> Score king() const;
 201     template<Color Us> Score threats() const;
 202     template<Color Us> Score passed() const;
 203     template<Color Us> Score space() const;
 204     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 205     Score initiative(Value eg) const;
 206
 207     const Position& pos;
 208     Material::Entry* me;
 209     Pawns::Entry* pe;
 210     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 211     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 212
 213     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 214     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 215     // is also calculated is ALL_PIECES.
 216     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 217
 218     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 219     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 220     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 221     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 222
 223     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 224     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 225     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 226     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 227     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 228
 229     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 230     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 231     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 232
 233     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 234     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 235     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 236     // the KingAttackWeights array.
 237     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 238
 239     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 240     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 241     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 242     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 243     // to kingAttacksCount[WHITE].
 244     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 245   };
 246
 247
 248   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 249   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 250   template<Tracing T> template<Color Us>
 251   void Evaluation<T>::initialize() {
 252
 253     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 254     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 255     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 256     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 257
 258     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 259     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 260
 261     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 262     // are excluded from the mobility area.
 263     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 264
 265     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 266     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 267     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 268     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 269     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 270
 271     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 272     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 273     {
 274         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 275         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 276             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 277
 278         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 279             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 280
 281         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 282             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 283
 284         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 285         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 286     }
 287     else
 288         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 289   }
 290
 291
 292   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 293   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 294   Score Evaluation<T>::pieces() {
 295
 296     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 297     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 298     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 299                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 300     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 301
 302     Bitboard b, bb;
 303     Square s;
 304     Score score = SCORE_ZERO;
 305
 306     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 307
 308     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 309     {
 310         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 311         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 312           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 313                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 314
 315         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 316             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 317
 318         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 319         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 320         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 321
 322         if (b & kingRing[Them])
 323         {
 324             kingAttackersCount[Us]++;
 325             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 326             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 327         }
 328
 329         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 330
 331         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 332
 333         // Penalty if the piece is far from the king
 334         score -= KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 335
 336         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 337         {
 338             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 339             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 340             if (bb & s)
 341                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 342
 343             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 344                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 345
 346             // Bonus when behind a pawn
 347             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 348                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 349                 score += MinorBehindPawn;
 350
 351             if (Pt == BISHOP)
 352             {
 353                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 354                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 355                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 356
 357                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 358                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 359
 360                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 361                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 362                     score += LongDiagonalBishop;
 363             }
 364
 365             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 366             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 367             // when that pawn is also blocked.
 368             if (   Pt == BISHOP
 369                 && pos.is_chess960()
 370                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 371             {
 372                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 373                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 374                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 375                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 376                                                                               : CorneredBishop;
 377             }
 378         }
 379
 380         if (Pt == ROOK)
 381         {
 382             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 383             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 384                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 385
 386             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 387             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 388                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 389
 390             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 391             else if (mob <= 3)
 392             {
 393                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 394                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 395                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 396             }
 397         }
 398
 399         if (Pt == QUEEN)
 400         {
 401             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 402             Bitboard queenPinners;
 403             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 404                 score -= WeakQueen;
 405         }
 406     }
 407     if (T)
 408         Trace::add(Pt, Us, score);
 409
 410     return score;
 411   }
 412
 413
 414   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 415   template<Tracing T> template<Color Us>
 416   Score Evaluation<T>::king() const {
 417
 418     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 419     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 420                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 421
 422     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 423     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 424
 425     // King shelter and enemy pawns storm
 426     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 427
 428     // Main king safety evaluation
 429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 430     {
 431         int kingDanger = -mg_value(score);
 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                      + 64  * kingAttacksCount[Them]
 478                      + 182 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 479                      + 128 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 480                      - 857 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 481                      +  31 ;
 482
 483         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 484         if (kingDanger > 0)
 485         {
 486             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 487             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 488             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 489         }
 490     }
 491
 492     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
 493
 494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
 496         score -= PawnlessFlank;
 497
 498     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 499     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 500     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
 501     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 502
 503     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
 504     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
 505
 506     if (T)
 507         Trace::add(KING, Us, score);
 508
 509     return score;
 510   }
 511
 512
 513   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 514   // attacking and the attacked pieces.
 515   template<Tracing T> template<Color Us>
 516   Score Evaluation<T>::threats() const {
 517
 518     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 519     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 520     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 521
 522     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
 523     Score score = SCORE_ZERO;
 524
 525     // Non-pawn enemies
 526     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 527
 528     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 529     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 530     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 531                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 532
 533     // Non-pawn enemies, strongly protected
 534     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 535
 536     // Enemies not strongly protected and under our attack
 537     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 538
 539     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 540     if (defended | weak)
 541     {
 542         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 543         while (b)
 544         {
 545             Square s = pop_lsb(&b);
 546             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 547             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 548                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 549         }
 550
 551         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 552         while (b)
 553         {
 554             Square s = pop_lsb(&b);
 555             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 556             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 557                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 558         }
 559
 560         b = weak & attackedBy[Us][KING];
 561         if (b)
 562             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 563
 564         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 565
 566         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked and defended exactly once)
 567         b =  nonPawnEnemies
 568            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]   & ~attackedBy2[Us]
 569            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
 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     // Our safe or protected pawns
 578     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
 579        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 580
 581     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 582     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 583
 584     // Find squares where our pawns can push on the next move
 585     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 586     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 587
 588     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 589     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 590         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 591
 592     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 593     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
 594        &  pos.pieces(Them)
 595        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 596
 597     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 598
 599     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 600     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 601     {
 602         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 603         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 604
 605         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 606
 607         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 608
 609         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 610            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 611
 612         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
 613     }
 614
 615     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
 616     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 617     score += Connectivity * popcount(b);
 618
 619     if (T)
 620         Trace::add(THREAT, Us, score);
 621
 622     return score;
 623   }
 624
 625   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 626   // pawns of the given color.
 627
 628   template<Tracing T> template<Color Us>
 629   Score Evaluation<T>::passed() const {
 630
 631     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 632     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 633
 634     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 635       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 636     };
 637
 638     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 639     Score score = SCORE_ZERO;
 640
 641     b = pe->passed_pawns(Us);
 642
 643     while (b)
 644     {
 645         Square s = pop_lsb(&b);
 646
 647         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 648
 649         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 650         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 651
 652         int r = relative_rank(Us, s);
 653         int w = PassedDanger[r];
 654
 655         Score bonus = PassedRank[r];
 656
 657         if (w)
 658         {
 659             Square blockSq = s + Up;
 660
 661             // Adjust bonus based on the king's proximity
 662             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 663                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 664
 665             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 666             if (r != RANK_7)
 667                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 668
 669             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 670             if (pos.empty(blockSq))
 671             {
 672                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 673                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 674                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 675                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 676
 677                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 678
 679                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 680                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 681
 682                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 683                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 684
 685                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 686                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 687                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 688
 689                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 690                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 691                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 692                     k += 6;
 693
 694                 else if (defendedSquares & blockSq)
 695                     k += 4;
 696
 697                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 698             }
 699             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 700                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 701         } // w != 0
 702
 703         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 704         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 705         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 706             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 707             bonus = bonus / 2;
 708
 709         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 710     }
 711
 712     if (T)
 713         Trace::add(PASSED, Us, score);
 714
 715     return score;
 716   }
 717
 718
 719   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 720   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 721   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 722   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 723   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 724   // improve play on game opening.
 725
 726   template<Tracing T> template<Color Us>
 727   Score Evaluation<T>::space() const {
 728
 729     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 730     constexpr Bitboard SpaceMask =
 731       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 732                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 733
 734     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 735         return SCORE_ZERO;
 736
 737     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 738     Bitboard safe =   SpaceMask
 739                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 740                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 741
 742     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 743     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 744     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 745     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 746
 747     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 748     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 749
 750     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 751
 752     if (T)
 753         Trace::add(SPACE, Us, score);
 754
 755     return score;
 756   }
 757
 758
 759   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 760   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 761   // known attacking/defending status of the players.
 762
 763   template<Tracing T>
 764   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 765
 766     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 767                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 768
 769     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 770                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 771
 772     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 773     int complexity =   8 * outflanking
 774                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
 775                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 776                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 777                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 778                     -136 ;
 779
 780     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 781     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 782     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 783     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 784
 785     if (T)
 786         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 787
 788     return make_score(0, v);
 789   }
 790
 791
 792   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 793
 794   template<Tracing T>
 795   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 796
 797     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 798     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 799
 800     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 801     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 802     {
 803         if (   pos.opposite_bishops()
 804             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 805             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 806             sf = 31;
 807         else
 808             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 809     }
 810
 811     return ScaleFactor(sf);
 812   }
 813
 814
 815   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 816   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 817   // of view of the side to move.
 818
 819   template<Tracing T>
 820   Value Evaluation<T>::value() {
 821
 822     assert(!pos.checkers());
 823
 824     // Probe the material hash table
 825     me = Material::probe(pos);
 826
 827     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 828     // configuration, call it and return.
 829     if (me->specialized_eval_exists())
 830         return me->evaluate(pos);
 831
 832     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 833     // the position object (material + piece square tables) and the material
 834     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 835     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 836
 837     // Probe the pawn hash table
 838     pe = Pawns::probe(pos);
 839     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 840
 841     // Early exit if score is high
 842     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 843     if (abs(v) > LazyThreshold)
 844        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 845
 846     // Main evaluation begins here
 847
 848     initialize<WHITE>();
 849     initialize<BLACK>();
 850
 851     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 852     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 853             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 854             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 855             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 856
 857     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 858
 859     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 860             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 861             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 862             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 863
 864     score += initiative(eg_value(score));
 865
 866     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 867     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 868     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 869        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 870
 871     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 872
 873     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 874     if (T)
 875     {
 876         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 877         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 878         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 879         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 880         Trace::add(TOTAL, score);
 881     }
 882
 883     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 884            + Eval::Tempo;
 885   }
 886
 887 } // namespace
 888
 889
 890 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 891 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 892
 893 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 894   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 895 }
 896
 897
 898 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 899 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 900 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 901
 902 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 903
 904   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 905
 906   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 907
 908   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 909
 910   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 911
 912   std::stringstream ss;
 913   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 914      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 915      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 916      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 917      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 918      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 919      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 920      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 921      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 922      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 923      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 924      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 925      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 926      << " King safety | " << Term(KING)
 927      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 928      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 929      << "       Space | " << Term(SPACE)
 930      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 931      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 932
 933   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 934
 935   return ss.str();
 936 }