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, 78, 56, 45, 11 };
  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(3, 65), S(9, 145) };
 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(5, 7), S(5, 13), S(32, 42), S(70, 70), S(172, 170), S(217, 269)
 150   };
 151
 152   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 153   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 154     S(  9, 10), S(2, 10), S(1, -8), S(-20,-12),
 155     S(-20,-12), S(1, -8), S(2, 10), S(  9, 10)
 156   };
 157
 158   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 159   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 2, 7, 12, 19 };
 160
 161   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
 162   constexpr Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(4, 3), S(3, 0), S(1, -1) };
 163
 164   // Assorted bonuses and penalties
 165   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  5);
 166   constexpr Score CloseEnemies       = S(  7,  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(  8,  1);
 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( 47, 26);
 179   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 180   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(175,168);
 181   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 182   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 183   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 25);
 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(attackedBy[Us][KING] & 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, pinned;
 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 = 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         pinned = pos.blockers_for_king(Us) & pos.pieces(Us);
 476
 477         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 478                      + 102 * kingAttacksCount[Them]
 479                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 480                      + 143 * popcount(pinned | unsafeChecks)
 481                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 482                      -   9 * mg_value(score) / 8
 483                      +  40;
 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     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
 495
 496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 497     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
 498         score -= PawnlessFlank;
 499
 500     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 501     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 502     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
 503     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 504
 505     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
 506     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
 507
 508     if (T)
 509         Trace::add(KING, Us, score);
 510
 511     return score;
 512   }
 513
 514
 515   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 516   // attacking and the attacked pieces.
 517   template<Tracing T> template<Color Us>
 518   Score Evaluation<T>::threats() const {
 519
 520     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 521     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 522     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 523
 524     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
 525     Score score = SCORE_ZERO;
 526
 527     // Non-pawn enemies
 528     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 529
 530     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 531     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 532     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 533                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 534
 535     // Non-pawn enemies, strongly protected
 536     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 537
 538     // Enemies not strongly protected and under our attack
 539     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 540
 541     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 542     if (defended | weak)
 543     {
 544         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 545         while (b)
 546         {
 547             Square s = pop_lsb(&b);
 548             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 549             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 550                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 551         }
 552
 553         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 554         while (b)
 555         {
 556             Square s = pop_lsb(&b);
 557             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 558             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 559                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 560         }
 561
 562         b = weak & attackedBy[Us][KING];
 563         if (b)
 564             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 565
 566         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 567
 568         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked and defended exactly once)
 569         b =  nonPawnEnemies
 570            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]   & ~attackedBy2[Us]
 571            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
 572         score += Overload * popcount(b);
 573     }
 574
 575     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 576     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 577         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 578
 579     // Our safe or protected pawns
 580     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
 581        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 582
 583     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 584     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 585
 586     // Find squares where our pawns can push on the next move
 587     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 588     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 589
 590     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 591     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 592         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 593
 594     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 595     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
 596        &  pos.pieces(Them)
 597        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 598
 599     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 600
 601     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 602     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 603     {
 604         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 605         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 606
 607         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 608
 609         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 610
 611         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 612            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 613
 614         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
 615     }
 616
 617     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
 618     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 619     score += Connectivity * popcount(b);
 620
 621     if (T)
 622         Trace::add(THREAT, Us, score);
 623
 624     return score;
 625   }
 626
 627   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 628   // pawns of the given color.
 629
 630   template<Tracing T> template<Color Us>
 631   Score Evaluation<T>::passed() const {
 632
 633     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 634     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 635
 636     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 637       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 638     };
 639
 640     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 641     Score score = SCORE_ZERO;
 642
 643     b = pe->passed_pawns(Us);
 644
 645     while (b)
 646     {
 647         Square s = pop_lsb(&b);
 648
 649         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 650
 651         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 652         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 653
 654         int r = relative_rank(Us, s);
 655         int w = PassedDanger[r];
 656
 657         Score bonus = PassedRank[r];
 658
 659         if (w)
 660         {
 661             Square blockSq = s + Up;
 662
 663             // Adjust bonus based on the king's proximity
 664             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 665                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 666
 667             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 668             if (r != RANK_7)
 669                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 670
 671             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 672             if (pos.empty(blockSq))
 673             {
 674                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 675                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 676                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 677                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 678
 679                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 680
 681                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 682                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 683
 684                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 685                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 686
 687                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 688                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 689                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 690
 691                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 692                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 693                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 694                     k += 6;
 695
 696                 else if (defendedSquares & blockSq)
 697                     k += 4;
 698
 699                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 700             }
 701             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 702                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 703         } // w != 0
 704
 705         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 706         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 707         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 708             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 709             bonus = bonus / 2;
 710
 711         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 712     }
 713
 714     if (T)
 715         Trace::add(PASSED, Us, score);
 716
 717     return score;
 718   }
 719
 720
 721   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 722   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 723   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 724   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 725   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 726   // improve play on game opening.
 727
 728   template<Tracing T> template<Color Us>
 729   Score Evaluation<T>::space() const {
 730
 731     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 732     constexpr Bitboard SpaceMask =
 733       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 734                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 735
 736     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 737         return SCORE_ZERO;
 738
 739     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 740     Bitboard safe =   SpaceMask
 741                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 742                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 743
 744     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 745     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 746     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 747     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 748
 749     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 750     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 751
 752     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 753
 754     if (T)
 755         Trace::add(SPACE, Us, score);
 756
 757     return score;
 758   }
 759
 760
 761   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 762   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 763   // known attacking/defending status of the players.
 764
 765   template<Tracing T>
 766   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 767
 768     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 769                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 770
 771     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 772                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 773
 774     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 775     int complexity =   8 * outflanking
 776                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
 777                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 778                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 779                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 780                     -136 ;
 781
 782     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 783     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 784     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 785     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 786
 787     if (T)
 788         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 789
 790     return make_score(0, v);
 791   }
 792
 793
 794   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 795
 796   template<Tracing T>
 797   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 798
 799     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 800     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 801
 802     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 803     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 804     {
 805         if (pos.opposite_bishops())
 806         {
 807             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces is almost a draw
 808             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 809                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 810                 sf = 31;
 811
 812             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 813             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 814             else
 815                 sf = 46;
 816         }
 817         else
 818             sf = std::min(40 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 819     }
 820
 821     return ScaleFactor(sf);
 822   }
 823
 824
 825   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 826   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 827   // of view of the side to move.
 828
 829   template<Tracing T>
 830   Value Evaluation<T>::value() {
 831
 832     assert(!pos.checkers());
 833
 834     // Probe the material hash table
 835     me = Material::probe(pos);
 836
 837     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 838     // configuration, call it and return.
 839     if (me->specialized_eval_exists())
 840         return me->evaluate(pos);
 841
 842     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 843     // the position object (material + piece square tables) and the material
 844     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 845     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 846
 847     // Probe the pawn hash table
 848     pe = Pawns::probe(pos);
 849     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 850
 851     // Early exit if score is high
 852     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 853     if (abs(v) > LazyThreshold)
 854        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 855
 856     // Main evaluation begins here
 857
 858     initialize<WHITE>();
 859     initialize<BLACK>();
 860
 861     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 862     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 863             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 864             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 865             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 866
 867     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 868
 869     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 870             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 871             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 872             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 873
 874     score += initiative(eg_value(score));
 875
 876     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 877     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 878     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 879        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 880
 881     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 882
 883     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 884     if (T)
 885     {
 886         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 887         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 888         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 889         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 890         Trace::add(TOTAL, score);
 891     }
 892
 893     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 894            + Eval::Tempo;
 895   }
 896
 897 } // namespace
 898
 899
 900 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 901 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 902
 903 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 904   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 905 }
 906
 907
 908 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 909 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 910 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 911
 912 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 913
 914   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 915
 916   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 917
 918   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 919
 920   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 921
 922   std::stringstream ss;
 923   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 924      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 925      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 926      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 927      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 928      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 929      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 930      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 931      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 932      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 933      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 934      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 935      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 936      << " King safety | " << Term(KING)
 937      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 938      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 939      << "       Space | " << Term(SPACE)
 940      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 941      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 942
 943   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 944
 945   return ss.str();
 946 }