]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
2a52ba1c5bb0b3ac686f1e880635937edb5543af
[stockfish] / 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
32 std::atomic<Score> Eval::Contempt;
33
34 namespace Trace {
35
36   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
37
38   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
39     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
40   };
41
42   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
43
44   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
45
46   void add(int idx, Color c, Score s) {
47     scores[idx][c] = s;
48   }
49
50   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
51     scores[idx][WHITE] = w;
52     scores[idx][BLACK] = b;
53   }
54
55   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
56     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
57        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
58     return os;
59   }
60
61   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
62
63     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
64         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
65     else
66         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
67
68     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
69     return os;
70   }
71 }
72
73 using namespace Trace;
74
75 namespace {
76
77   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
78   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
79   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
80   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
81
82   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
83     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
84     CenterFiles, CenterFiles,
85     KingSide,    KingSide,  KingSide
86   };
87
88   // Threshold for lazy and space evaluation
89   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
90   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
91
92   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
93   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
94
95   // Penalties for enemy's safe checks
96   const int QueenSafeCheck  = 780;
97   const int RookSafeCheck   = 880;
98   const int BishopSafeCheck = 435;
99   const int KnightSafeCheck = 790;
100
101 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
102
103   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
104   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
105   const Score MobilityBonus[][32] = {
106     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
107       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
108     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
109       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
110       S( 91, 88), S( 98, 97) },
111     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
112       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
113       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
114     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
115       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
116       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
117       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
118       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
119   };
120
121   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
122   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
123   // square is supported by a pawn.
124   const Score Outpost[][2] = {
125     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
126     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
127   };
128
129   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
130   // no (friendly) pawn on the rook file.
131   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
132
133   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
134   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
135   // pawn-defended are not considered.
136   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
137     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
138   };
139
140   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
141     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
142   };
143
144   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
145   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
146   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 65), S(9, 145) };
147
148   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
149   const Score PassedRank[RANK_NB] = {
150     S(0, 0), S(5, 7), S(5, 13), S(32, 42), S(70, 70), S(172, 170), S(217, 269)
151   };
152
153   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
154   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
155     S(  9, 10), S(2, 10), S(1, -8), S(-20,-12),
156     S(-20,-12), S(1, -8), S(2, 10), S(  9, 10)
157   };
158
159   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
160   const int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 2, 7, 12, 19 };
161
162   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
163   const Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(4, 3), S(3, 0), S(1, -1) };
164
165   // Assorted bonuses and penalties
166   const Score BishopPawns       = S(  8, 12);
167   const Score CloseEnemies      = S(  7,  0);
168   const Score Hanging           = S( 52, 30);
169   const Score HinderPassedPawn  = S(  8,  1);
170   const Score LongRangedBishop  = S( 22,  0);
171   const Score MinorBehindPawn   = S( 16,  0);
172   const Score PawnlessFlank     = S( 20, 80);
173   const Score RookOnPawn        = S(  8, 24);
174   const Score ThreatByPawnPush  = S( 47, 26);
175   const Score ThreatByRank      = S( 16,  3);
176   const Score ThreatBySafePawn  = S(175,168);
177   const Score ThreatOnQueen     = S( 42, 21);
178   const Score TrappedBishopA1H1 = S( 50, 50);
179   const Score TrappedRook       = S( 92,  0);
180   const Score WeakQueen         = S( 50, 10);
181   const Score WeakUnopposedPawn = S(  5, 25);
182
183 #undef S
184
185   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
186   template<Tracing T>
187   class Evaluation {
188
189   public:
190     Evaluation() = delete;
191     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
192     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
193     Value value();
194
195   private:
196     template<Color Us> void initialize();
197     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
198     template<Color Us> Score king() const;
199     template<Color Us> Score threats() const;
200     template<Color Us> Score passed() const;
201     template<Color Us> Score space() const;
202     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
203     Score initiative(Value eg) const;
204
205     const Position& pos;
206     Material::Entry* me;
207     Pawns::Entry* pe;
208     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
209     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
210
211     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
212     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
213     // are also calculated are QUEEN_DIAGONAL and ALL_PIECES.
214     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
215
216     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
217     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
218     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
219     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
220
221     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
222     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
223     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
224     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
225     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
226
227     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
228     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
229     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
230
231     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
232     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
233     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
234     // KingAttackWeights array.
235     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
236
237     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
238     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
239     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
240     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
241     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
242     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
243   };
244
245
246   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
247   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
248   template<Tracing T> template<Color Us>
249   void Evaluation<T>::initialize() {
250
251     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
252     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
253     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
254     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
255
256     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
257     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
258
259     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
260     // are excluded from the mobility area.
261     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
262
263     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
264     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
265     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
266     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
267     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
268
269     // Init our king safety tables only if we are going to use them
270     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
271     {
272         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
273         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
274             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
275
276         kingAttackersCount[Them] = popcount(attackedBy[Us][KING] & pe->pawn_attacks(Them));
277         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
278     }
279     else
280         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
281   }
282
283
284   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
285   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
286   Score Evaluation<T>::pieces() {
287
288     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
289     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
290                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
291     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
292
293     Bitboard b, bb;
294     Square s;
295     Score score = SCORE_ZERO;
296
297     attackedBy[Us][Pt] = 0;
298
299     if (Pt == QUEEN)
300         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
301
302     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
303     {
304         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
305         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
306           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
307                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
308
309         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
310             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
311
312         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
313         attackedBy[Us][Pt] |= b;
314         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
315
316         if (Pt == QUEEN)
317             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
318
319         if (b & kingRing[Them])
320         {
321             kingAttackersCount[Us]++;
322             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
323             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
324         }
325
326         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
327
328         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
329
330         // Penalty if the piece is far from the king
331         score -= KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
332
333         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
334         {
335             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
336             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
337             if (bb & s)
338                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
339
340             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
341                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
342
343             // Bonus when behind a pawn
344             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
345                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
346                 score += MinorBehindPawn;
347
348             if (Pt == BISHOP)
349             {
350                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the bishop
351                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
352
353                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
354                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
355                     score += LongRangedBishop;
356             }
357
358             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
359             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
360             // when that pawn is also blocked.
361             if (   Pt == BISHOP
362                 && pos.is_chess960()
363                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
364             {
365                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
366                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
367                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
368                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
369                                                                               : TrappedBishopA1H1;
370             }
371         }
372
373         if (Pt == ROOK)
374         {
375             // Bonus for aligning rook with with enemy pawns on the same rank/file
376             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
377                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
378
379             // Bonus for rook on an open or semi-open file
380             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
381                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
382
383             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
384             else if (mob <= 3)
385             {
386                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
387                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
388                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
389             }
390         }
391
392         if (Pt == QUEEN)
393         {
394             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
395             Bitboard pinners;
396             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
397                 score -= WeakQueen;
398         }
399     }
400     if (T)
401         Trace::add(Pt, Us, score);
402
403     return score;
404   }
405
406
407   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
408   template<Tracing T> template<Color Us>
409   Score Evaluation<T>::king() const {
410
411     const Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
412     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
413                                        : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
414
415     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
416     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
417
418     // King shelter and enemy pawns storm
419     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
420
421     // Main king safety evaluation
422     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
423     {
424         int kingDanger = unsafeChecks = 0;
425
426         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
427         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
428               & ~attackedBy2[Us]
429               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
430
431         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
432         safe  = ~pos.pieces(Them);
433         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
434
435         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
436         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
437
438         // Enemy queen safe checks
439         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
440             kingDanger += QueenSafeCheck;
441
442         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
443         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
444
445         // Enemy rooks checks
446         if (b1 & safe)
447             kingDanger += RookSafeCheck;
448         else
449             unsafeChecks |= b1;
450
451         // Enemy bishops checks
452         if (b2 & safe)
453             kingDanger += BishopSafeCheck;
454         else
455             unsafeChecks |= b2;
456
457         // Enemy knights checks
458         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
459         if (b & safe)
460             kingDanger += KnightSafeCheck;
461         else
462             unsafeChecks |= b;
463
464         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
465         // the square is in the attacker's mobility area.
466         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
467
468         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
469                      + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
470                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
471                      + 143 * popcount(pos.pinned_pieces(Us) | unsafeChecks)
472                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
473                      -   9 * mg_value(score) / 8
474                      +  40;
475
476         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
477         if (kingDanger > 0)
478         {
479             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
480             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
481             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
482         }
483     }
484     // Penalty when our king is on a pawnless flank
485     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
486         score -= PawnlessFlank;
487
488     // King tropism: firstly, find attacked squares in our king flank
489     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
490
491     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
492     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
493
494     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
495     // which are not defended by our pawns.
496     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
497        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
498
499     score -= CloseEnemies * popcount(b);
500
501     if (T)
502         Trace::add(KING, Us, score);
503
504     return score;
505   }
506
507
508   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
509   // attacking and the attacked pieces.
510   template<Tracing T> template<Color Us>
511   Score Evaluation<T>::threats() const {
512
513     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
514     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
515     const Direction Left     = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
516     const Direction Right    = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
517     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
518
519     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
520     Score score = SCORE_ZERO;
521
522     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
523     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
524     weak = nonPawnEnemies & attackedBy[Us][PAWN];
525
526     if (weak)
527     {
528         // Our safe or protected pawns
529         b =  pos.pieces(Us, PAWN)
530            & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
531
532         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
533         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
534     }
535
536     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
537     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
538     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
539                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
540
541     // Non-pawn enemies, strongly protected
542     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
543
544     // Enemies not strongly protected and under our attack
545     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
546
547     // Bonus according to the kind of attacking pieces
548     if (defended | weak)
549     {
550         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
551         while (b)
552         {
553             Square s = pop_lsb(&b);
554             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
555             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
556                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
557         }
558
559         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
560         while (b)
561         {
562             Square s = pop_lsb(&b);
563             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
564             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
565                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
566         }
567
568         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
569
570         b = weak & attackedBy[Us][KING];
571         if (b)
572             score += ThreatByKing[more_than_one(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     // Find squares where our pawns can push on the next move
580     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
581     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
582
583     // Keep only the squares which are not completely unsafe
584     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
585         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
586
587     // Bonus for safe pawn threats on the next move
588     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
589        &  pos.pieces(Them)
590        & ~attackedBy[Us][PAWN];
591
592     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
593
594     // Bonus for safe slider threats on the next move toward enemy queen
595     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
596     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
597        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
598
599     score += ThreatOnQueen * popcount(b & safeThreats);
600
601     if (T)
602         Trace::add(THREAT, Us, score);
603
604     return score;
605   }
606
607   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
608   // pawns of the given color.
609
610   template<Tracing T> template<Color Us>
611   Score Evaluation<T>::passed() const {
612
613     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
614     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
615
616     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
617       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
618     };
619
620     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
621     Score score = SCORE_ZERO;
622
623     b = pe->passed_pawns(Us);
624
625     while (b)
626     {
627         Square s = pop_lsb(&b);
628
629         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
630
631         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
632         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
633
634         int r = relative_rank(Us, s);
635         int w = PassedDanger[r];
636
637         Score bonus = PassedRank[r];
638
639         if (w)
640         {
641             Square blockSq = s + Up;
642
643             // Adjust bonus based on the king's proximity
644             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
645                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
646
647             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
648             if (r != RANK_7)
649                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
650
651             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
652             if (pos.empty(blockSq))
653             {
654                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
655                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
656                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
657                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
658
659                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
660
661                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
662                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
663
664                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
665                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
666
667                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
668                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
669                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
670
671                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
672                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
673                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
674                     k += 6;
675
676                 else if (defendedSquares & blockSq)
677                     k += 4;
678
679                 bonus += make_score(k * w, k * w);
680             }
681             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
682                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
683         } // rr != 0
684
685         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
686         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
687         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
688             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
689             bonus = bonus / 2;
690
691         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
692     }
693
694     if (T)
695         Trace::add(PASSED, Us, score);
696
697     return score;
698   }
699
700
701   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
702   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
703   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
704   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
705   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
706   // improve play on game opening.
707
708   template<Tracing T> template<Color Us>
709   Score Evaluation<T>::space() const {
710
711     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
712     const Bitboard SpaceMask =
713       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
714                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
715
716     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
717         return SCORE_ZERO;
718
719     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
720     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
721     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
722     Bitboard safe =   SpaceMask
723                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
724                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
725                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
726
727     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
728     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
729     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
730     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
731
732     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
733     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
734
735     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
736     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
737     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
738     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
739
740     if (T)
741         Trace::add(SPACE, Us, score);
742
743     return score;
744   }
745
746
747   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
748   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
749   // known attacking/defending status of the players.
750
751   template<Tracing T>
752   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
753
754     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
755                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
756
757     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
758                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
759
760     // Compute the initiative bonus for the attacking side
761     int initiative =   8 * outflanking
762                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
763                     + 12 * pos.count<PAWN>()
764                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
765                     -136 ;
766
767     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
768     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
769     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
770     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
771
772     if (T)
773         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
774
775     return make_score(0, v);
776   }
777
778
779   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
780
781   template<Tracing T>
782   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
783
784     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
785     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
786
787     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
788     // types of endgames, and use a lower scale for those.
789     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
790     {
791         if (pos.opposite_bishops())
792         {
793             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
794             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
795             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
796                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
797                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? 31 : 9;
798
799             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
800             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
801             else
802                 sf = 46;
803         }
804         // Endings where weaker side can place his king in front of the enemy's
805         // pawns are drawish.
806         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
807                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
808                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
809             sf = 37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide);
810     }
811
812     return ScaleFactor(sf);
813   }
814
815
816   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
817   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
818   // of view of the side to move.
819
820   template<Tracing T>
821   Value Evaluation<T>::value() {
822
823     assert(!pos.checkers());
824
825     // Probe the material hash table
826     me = Material::probe(pos);
827
828     // If we have a specialized evaluation function for the current material
829     // configuration, call it and return.
830     if (me->specialized_eval_exists())
831         return me->evaluate(pos);
832
833     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
834     // the position object (material + piece square tables) and the material
835     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
836     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + Eval::Contempt;
837
838     // Probe the pawn hash table
839     pe = Pawns::probe(pos);
840     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
841
842     // Early exit if score is high
843     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
844     if (abs(v) > LazyThreshold)
845        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
846
847     // Main evaluation begins here
848
849     initialize<WHITE>();
850     initialize<BLACK>();
851
852     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
853     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
854             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
855             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
856             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
857
858     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
859
860     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
861             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
862             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
863             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
864
865     score += initiative(eg_value(score));
866
867     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
868     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
869     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
870        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
871
872     v /= int(PHASE_MIDGAME);
873
874     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
875     if (T)
876     {
877         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
878         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
879         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
880         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
881         Trace::add(TOTAL, score);
882     }
883
884     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Side to move point of view
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() + Eval::Tempo;
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   Eval::Contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
907
908   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value() + Eval::Tempo;
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 }