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(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 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(18, 7), S(44, 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(62, 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(51, 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   // Assorted bonuses and penalties
 155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
 157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 158   constexpr Score Hanging            = S( 57, 32);
 159   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
 162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 163   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
 164   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
 165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 29);
 166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 22, 78);
 168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 171   constexpr Score TrappedRook        = S( 96,  5);
 172   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 15, 19);
 174
 175 #undef S
 176
 177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 178   template<Tracing T>
 179   class Evaluation {
 180
 181   public:
 182     Evaluation() = delete;
 183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 185     Value value();
 186
 187   private:
 188     template<Color Us> void initialize();
 189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 190     template<Color Us> Score king() const;
 191     template<Color Us> Score threats() const;
 192     template<Color Us> Score passed() const;
 193     template<Color Us> Score space() const;
 194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 195     Score initiative(Value eg) const;
 196
 197     const Position& pos;
 198     Material::Entry* me;
 199     Pawns::Entry* pe;
 200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 202
 203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 205     // is also calculated is ALL_PIECES.
 206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 207
 208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 212
 213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 216     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 218
 219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 226     // the KingAttackWeights array.
 227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 228
 229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 233     // to kingAttacksCount[WHITE].
 234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 235   };
 236
 237
 238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 240   template<Tracing T> template<Color Us>
 241   void Evaluation<T>::initialize() {
 242
 243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 247
 248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 250
 251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 252     // are excluded from the mobility area.
 253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 254
 255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 260     kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 261
 262     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 263     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 264     {
 265         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 266         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 267             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 268
 269         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 270             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 271
 272         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 273             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 274
 275         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 276         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 277     }
 278   }
 279
 280
 281   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 282   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 283   Score Evaluation<T>::pieces() {
 284
 285     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 286     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 287     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 288                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 289     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 290
 291     Bitboard b, bb;
 292     Square s;
 293     Score score = SCORE_ZERO;
 294
 295     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 296
 297     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 298     {
 299         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 300         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 301           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 302                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 303
 304         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 305             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 306
 307         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 308         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 309         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 310
 311         if (b & kingRing[Them])
 312         {
 313             kingAttackersCount[Us]++;
 314             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 315             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 316         }
 317
 318         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 319
 320         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 321
 322         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 323         {
 324             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 325             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 326             if (bb & s)
 327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 328
 329             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 330                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 331
 332             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 333             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 334                 score += MinorBehindPawn;
 335
 336             // Penalty if the piece is far from the king
 337             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 338
 339             if (Pt == BISHOP)
 340             {
 341                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 342                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 343                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 344
 345                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 346                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 347
 348                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 349                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 350                     score += LongDiagonalBishop;
 351             }
 352
 353             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 354             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 355             // when that pawn is also blocked.
 356             if (   Pt == BISHOP
 357                 && pos.is_chess960()
 358                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 359             {
 360                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 361                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 362                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 363                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 364                                                                               : CorneredBishop;
 365             }
 366         }
 367
 368         if (Pt == ROOK)
 369         {
 370             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 371             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 372                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 373
 374             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 375             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 376                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 377
 378             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 379             else if (mob <= 3)
 380             {
 381                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 382                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 383                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 384             }
 385         }
 386
 387         if (Pt == QUEEN)
 388         {
 389             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 390             Bitboard queenPinners;
 391             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 392                 score -= WeakQueen;
 393         }
 394     }
 395     if (T)
 396         Trace::add(Pt, Us, score);
 397
 398     return score;
 399   }
 400
 401
 402   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 403   template<Tracing T> template<Color Us>
 404   Score Evaluation<T>::king() const {
 405
 406     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 407     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 408                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 409
 410     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 411     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 412
 413     // King shelter and enemy pawns storm
 414     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 415
 416     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 417     // which are attacked twice in that flank.
 418     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 419     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 420     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 421
 422     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 423
 424     // Main king safety evaluation
 425     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 426     {
 427         int kingDanger = 0;
 428         unsafeChecks = 0;
 429
 430         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 431         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 432               & ~attackedBy2[Us]
 433               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 434
 435         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 436         safe  = ~pos.pieces(Them);
 437         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 438
 439         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 440         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 441
 442         // Enemy queen safe checks
 443         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 444             kingDanger += QueenSafeCheck;
 445
 446         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 447         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 448
 449         // Enemy rooks checks
 450         if (b1 & safe)
 451             kingDanger += RookSafeCheck;
 452         else
 453             unsafeChecks |= b1;
 454
 455         // Enemy bishops checks
 456         if (b2 & safe)
 457             kingDanger += BishopSafeCheck;
 458         else
 459             unsafeChecks |= b2;
 460
 461         // Enemy knights checks
 462         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 463         if (b & safe)
 464             kingDanger += KnightSafeCheck;
 465         else
 466             unsafeChecks |= b;
 467
 468         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 469         // the square is in the attacker's mobility area.
 470         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 471
 472         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 473                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 474                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 475                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 476                      +   4 * tropism
 477                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 478                      -   6 * mg_value(score) / 8
 479                      +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 480                      -   30;
 481
 482         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 483         if (kingDanger > 0)
 484             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 485     }
 486
 487     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 488     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 489         score -= PawnlessFlank;
 490
 491     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 492     score -= CloseEnemies * tropism;
 493
 494     if (T)
 495         Trace::add(KING, Us, score);
 496
 497     return score;
 498   }
 499
 500
 501   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 502   // attacking and the attacked pieces.
 503   template<Tracing T> template<Color Us>
 504   Score Evaluation<T>::threats() const {
 505
 506     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 507     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 508     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 509
 510     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 511     Score score = SCORE_ZERO;
 512
 513     // Non-pawn enemies
 514     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 515
 516     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 517     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 518     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 519                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 520
 521     // Non-pawn enemies, strongly protected
 522     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 523
 524     // Enemies not strongly protected and under our attack
 525     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 526
 527     // Safe or protected squares
 528     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 529
 530     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 531     if (defended | weak)
 532     {
 533         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 534         while (b)
 535         {
 536             Square s = pop_lsb(&b);
 537             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 538             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 539                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 540         }
 541
 542         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 543         while (b)
 544         {
 545             Square s = pop_lsb(&b);
 546             score += ThreatByRook[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         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 552             score += ThreatByKing;
 553
 554         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 555
 556         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 557         score += Overload * popcount(b);
 558     }
 559
 560     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 561     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 562         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 563
 564     // Find squares where our pawns can push on the next move
 565     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 566     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 567
 568     // Keep only the squares which are relatively safe
 569     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 570
 571     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 572     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 573     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 574
 575     // Our safe or protected pawns
 576     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 577
 578     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 579     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 580
 581     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 582     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 583     {
 584         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 585         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 586
 587         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 588
 589         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 590
 591         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 592            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 593
 594         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 595     }
 596
 597     if (T)
 598         Trace::add(THREAT, Us, score);
 599
 600     return score;
 601   }
 602
 603   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 604   // pawns of the given color.
 605
 606   template<Tracing T> template<Color Us>
 607   Score Evaluation<T>::passed() const {
 608
 609     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 610     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 611
 612     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 613       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 614     };
 615
 616     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 617     Score score = SCORE_ZERO;
 618
 619     b = pe->passed_pawns(Us);
 620
 621     while (b)
 622     {
 623         Square s = pop_lsb(&b);
 624
 625         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 626
 627         int r = relative_rank(Us, s);
 628
 629         Score bonus = PassedRank[r];
 630
 631         if (r > RANK_3)
 632         {
 633             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 634             Square blockSq = s + Up;
 635
 636             // Adjust bonus based on the king's proximity
 637             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 638                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 639
 640             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 641             if (r != RANK_7)
 642                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 643
 644             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 645             if (pos.empty(blockSq))
 646             {
 647                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 648                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 649                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 650                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 651
 652                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 653
 654                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 655                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 656
 657                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 658                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 659
 660                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 661                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 662                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 663
 664                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 665                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 666                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 667                     k += 6;
 668
 669                 else if (defendedSquares & blockSq)
 670                     k += 4;
 671
 672                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 673             }
 674         } // rank > RANK_3
 675
 676         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 677         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 678         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 679             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 680             bonus = bonus / 2;
 681
 682         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 683     }
 684
 685     if (T)
 686         Trace::add(PASSED, Us, score);
 687
 688     return score;
 689   }
 690
 691
 692   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 693   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 694   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 695   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 696   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 697   // improve play on game opening.
 698
 699   template<Tracing T> template<Color Us>
 700   Score Evaluation<T>::space() const {
 701
 702     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 703         return SCORE_ZERO;
 704
 705     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 706     constexpr Bitboard SpaceMask =
 707       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 708                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 709
 710     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 711     Bitboard safe =   SpaceMask
 712                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 713                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 714
 715     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 716     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 717     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 718     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 719
 720     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 721     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 722
 723     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 724
 725     if (T)
 726         Trace::add(SPACE, Us, score);
 727
 728     return score;
 729   }
 730
 731
 732   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 733   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 734   // known attacking/defending status of the players.
 735
 736   template<Tracing T>
 737   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 738
 739     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 740                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 741
 742     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 743                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 744
 745     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 746     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 747                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 748                     + 12 * outflanking
 749                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 750                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 751                     -118 ;
 752
 753     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 754     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 755     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 756     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 757
 758     if (T)
 759         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 760
 761     return make_score(0, v);
 762   }
 763
 764
 765   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 766
 767   template<Tracing T>
 768   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 769
 770     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 771     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 772
 773     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 774     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 775     {
 776         if (   pos.opposite_bishops()
 777             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 778             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 779             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 780         else
 781             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 782
 783     }
 784
 785     return ScaleFactor(sf);
 786   }
 787
 788
 789   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 790   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 791   // of view of the side to move.
 792
 793   template<Tracing T>
 794   Value Evaluation<T>::value() {
 795
 796     assert(!pos.checkers());
 797
 798     // Probe the material hash table
 799     me = Material::probe(pos);
 800
 801     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 802     // configuration, call it and return.
 803     if (me->specialized_eval_exists())
 804         return me->evaluate(pos);
 805
 806     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 807     // the position object (material + piece square tables) and the material
 808     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 809     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 810
 811     // Probe the pawn hash table
 812     pe = Pawns::probe(pos);
 813     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 814
 815     // Early exit if score is high
 816     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 817     if (abs(v) > LazyThreshold)
 818        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 819
 820     // Main evaluation begins here
 821
 822     initialize<WHITE>();
 823     initialize<BLACK>();
 824
 825     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 826     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 827             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 828             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 829             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 830
 831     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 832
 833     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 834             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 835             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 836             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 837
 838     score += initiative(eg_value(score));
 839
 840     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 841     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 842     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 843        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 844
 845     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 846
 847     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 848     if (T)
 849     {
 850         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 851         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 852         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 853         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 854         Trace::add(TOTAL, score);
 855     }
 856
 857     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 858            + Eval::Tempo;
 859   }
 860
 861 } // namespace
 862
 863
 864 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 865 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 866
 867 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 868   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 869 }
 870
 871
 872 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 873 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 874 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 875
 876 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 877
 878   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 879
 880   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 881
 882   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 883
 884   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 885
 886   std::stringstream ss;
 887   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 888      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 889      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 890      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 891      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 892      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 893      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 894      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 895      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 896      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 897      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 898      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 899      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 900      << " King safety | " << Term(KING)
 901      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 902      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 903      << "       Space | " << Term(SPACE)
 904      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 905      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 906
 907   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 908
 909   return ss.str();
 910 }