Simplify Overload condition
[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 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide,    KingSide,  KingSide
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
156
157   // KingProtector[knight/bishop] contains a penalty according to distance from king
158   constexpr Score KingProtector[] = { S(5, 6), S(6, 5) };
159
160   // Assorted bonuses and penalties
161   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
162   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
163   constexpr Score Connectivity       = S(  3,  1);
164   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
165   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
166   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  4,  0);
167   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
168   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
169   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
170   constexpr Score Overload           = S( 10,  5);
171   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
172   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
173   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
174   constexpr Score ThreatByKing       = S( 23, 76);
175   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
176   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
177   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
178   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
179   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
180   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
181
182 #undef S
183
184   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
185   template<Tracing T>
186   class Evaluation {
187
188   public:
189     Evaluation() = delete;
190     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
191     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
192     Value value();
193
194   private:
195     template<Color Us> void initialize();
196     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
197     template<Color Us> Score king() const;
198     template<Color Us> Score threats() const;
199     template<Color Us> Score passed() const;
200     template<Color Us> Score space() const;
201     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
202     Score initiative(Value eg) const;
203
204     const Position& pos;
205     Material::Entry* me;
206     Pawns::Entry* pe;
207     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
208     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
209
210     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
211     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
212     // is also calculated is ALL_PIECES.
213     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
214
215     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
216     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
217     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
218     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
219
220     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
221     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
222     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
223     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
224     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
225
226     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
227     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
228     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
229
230     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
231     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
232     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
233     // the KingAttackWeights array.
234     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
235
236     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
237     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
238     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
239     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
240     // to kingAttacksCount[WHITE].
241     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
242   };
243
244
245   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
246   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
247   template<Tracing T> template<Color Us>
248   void Evaluation<T>::initialize() {
249
250     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
251     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
252     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
253     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
254
255     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
256     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
257
258     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
259     // are excluded from the mobility area.
260     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
261
262     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
263     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
264     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
265     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
266     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
267
268     // Init our king safety tables only if we are going to use them
269     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
270     {
271         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
272         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
273             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
274
275         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
276             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
277
278         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
279             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
280
281         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
282         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
283     }
284     else
285         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
286   }
287
288
289   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
290   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
291   Score Evaluation<T>::pieces() {
292
293     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
294     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
295     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
296                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
297     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
298
299     Bitboard b, bb;
300     Square s;
301     Score score = SCORE_ZERO;
302
303     attackedBy[Us][Pt] = 0;
304
305     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
306     {
307         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
308         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
309           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
310                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
311
312         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
313             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
314
315         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
316         attackedBy[Us][Pt] |= b;
317         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
318
319         if (b & kingRing[Them])
320         {
321             kingAttackersCount[Us]++;
322             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
323             kingAttacksCount[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         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
331         {
332             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
333             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
334             if (bb & s)
335                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
336
337             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
338                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
339
340             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
341             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
342                 score += MinorBehindPawn;
343
344             // Penalty if the piece is far from the king
345             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
346
347             if (Pt == BISHOP)
348             {
349                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
350                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
351                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
352
353                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
354                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
355
356                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
357                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
358                     score += LongDiagonalBishop;
359             }
360
361             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
362             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
363             // when that pawn is also blocked.
364             if (   Pt == BISHOP
365                 && pos.is_chess960()
366                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
367             {
368                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
369                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
370                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
371                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
372                                                                               : CorneredBishop;
373             }
374         }
375
376         if (Pt == ROOK)
377         {
378             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
379             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
380                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
381
382             // Bonus for rook on an open or semi-open file
383             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
384                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
385
386             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
387             else if (mob <= 3)
388             {
389                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
390                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
391                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
392             }
393         }
394
395         if (Pt == QUEEN)
396         {
397             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
398             Bitboard queenPinners;
399             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
400                 score -= WeakQueen;
401         }
402     }
403     if (T)
404         Trace::add(Pt, Us, score);
405
406     return score;
407   }
408
409
410   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
411   template<Tracing T> template<Color Us>
412   Score Evaluation<T>::king() const {
413
414     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
415     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
416                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
417
418     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
419     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
420
421     // King shelter and enemy pawns storm
422     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
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                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
476                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
477                      -   6 * mg_value(score) / 8
478                      -   2 ;
479
480         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
481         if (kingDanger > 0)
482         {
483             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
484             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
485             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
486         }
487     }
488
489     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
490
491     // Penalty when our king is on a pawnless flank
492     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
493         score -= PawnlessFlank;
494
495     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
496     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
497     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
498     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
499
500     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
501     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
502
503     if (T)
504         Trace::add(KING, Us, score);
505
506     return score;
507   }
508
509
510   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
511   // attacking and the attacked pieces.
512   template<Tracing T> template<Color Us>
513   Score Evaluation<T>::threats() const {
514
515     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
516     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
517     constexpr 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
523     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
524
525     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
526     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
527     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
528                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
529
530     // Non-pawn enemies, strongly protected
531     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
532
533     // Enemies not strongly protected and under our attack
534     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
535
536     // Bonus according to the kind of attacking pieces
537     if (defended | weak)
538     {
539         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
540         while (b)
541         {
542             Square s = pop_lsb(&b);
543             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
544             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
545                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
546         }
547
548         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
549         while (b)
550         {
551             Square s = pop_lsb(&b);
552             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
553             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
554                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
555         }
556
557         // Bonus for king attacks on pawns or pieces which are not pawn-defended
558         if (weak & attackedBy[Us][KING])
559             score += ThreatByKing;
560
561         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
562
563         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked once or more and defended exactly once)
564         b =  nonPawnEnemies
565            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]
566            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
567         score += Overload * popcount(b);
568     }
569
570     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
571     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
572         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
573
574     // Our safe or protected pawns
575     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
576        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
577
578     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
579     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
580
581     // Find squares where our pawns can push on the next move
582     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
583     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
584
585     // Keep only the squares which are not completely unsafe
586     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
587         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
588
589     // Bonus for safe pawn threats on the next move
590     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
591        &  pos.pieces(Them)
592        & ~attackedBy[Us][PAWN];
593
594     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
595
596     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
597     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
598     {
599         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
600         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
601
602         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
603
604         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
605
606         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
607            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
608
609         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
610     }
611
612     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
613     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
614     score += Connectivity * popcount(b);
615
616     if (T)
617         Trace::add(THREAT, Us, score);
618
619     return score;
620   }
621
622   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
623   // pawns of the given color.
624
625   template<Tracing T> template<Color Us>
626   Score Evaluation<T>::passed() const {
627
628     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
629     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
630
631     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
632       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
633     };
634
635     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
636     Score score = SCORE_ZERO;
637
638     b = pe->passed_pawns(Us);
639
640     while (b)
641     {
642         Square s = pop_lsb(&b);
643
644         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
645
646         bb = forward_file_bb(Us, s) & pos.pieces(Them);
647         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
648
649         int r = relative_rank(Us, s);
650         int w = PassedDanger[r];
651
652         Score bonus = PassedRank[r];
653
654         if (w)
655         {
656             Square blockSq = s + Up;
657
658             // Adjust bonus based on the king's proximity
659             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
660                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
661
662             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
663             if (r != RANK_7)
664                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
665
666             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
667             if (pos.empty(blockSq))
668             {
669                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
670                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
671                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
672                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
673
674                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
675
676                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
677                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
678
679                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
680                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
681
682                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
683                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
684                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
685
686                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
687                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
688                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
689                     k += 6;
690
691                 else if (defendedSquares & blockSq)
692                     k += 4;
693
694                 bonus += make_score(k * w, k * w);
695             }
696             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
697                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
698         } // w != 0
699
700         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
701         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
702         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
703             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
704             bonus = bonus / 2;
705
706         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
707     }
708
709     if (T)
710         Trace::add(PASSED, Us, score);
711
712     return score;
713   }
714
715
716   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
717   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
718   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
719   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
720   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
721   // improve play on game opening.
722
723   template<Tracing T> template<Color Us>
724   Score Evaluation<T>::space() const {
725
726     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
727     constexpr Bitboard SpaceMask =
728       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
729                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
730
731     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
732         return SCORE_ZERO;
733
734     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
735     Bitboard safe =   SpaceMask
736                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
737                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
738
739     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
740     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
741     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
742     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
743
744     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
745     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
746
747     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
748
749     if (T)
750         Trace::add(SPACE, Us, score);
751
752     return score;
753   }
754
755
756   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
757   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
758   // known attacking/defending status of the players.
759
760   template<Tracing T>
761   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
762
763     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
764                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
765
766     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
767                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
768
769     // Compute the initiative bonus for the attacking side
770     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
771                     + 12 * pos.count<PAWN>()
772                     + 12 * outflanking
773                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
774                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
775                     -136 ;
776
777     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
778     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
779     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
780     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
781
782     if (T)
783         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
784
785     return make_score(0, v);
786   }
787
788
789   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
790
791   template<Tracing T>
792   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
793
794     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
795     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
796
797     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
798     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
799     {
800         if (   pos.opposite_bishops()
801             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
802             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
803             sf = 31;
804         else
805             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
806     }
807
808     return ScaleFactor(sf);
809   }
810
811
812   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
813   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
814   // of view of the side to move.
815
816   template<Tracing T>
817   Value Evaluation<T>::value() {
818
819     assert(!pos.checkers());
820
821     // Probe the material hash table
822     me = Material::probe(pos);
823
824     // If we have a specialized evaluation function for the current material
825     // configuration, call it and return.
826     if (me->specialized_eval_exists())
827         return me->evaluate(pos);
828
829     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
830     // the position object (material + piece square tables) and the material
831     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
832     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
833
834     // Probe the pawn hash table
835     pe = Pawns::probe(pos);
836     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
837
838     // Early exit if score is high
839     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
840     if (abs(v) > LazyThreshold)
841        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
842
843     // Main evaluation begins here
844
845     initialize<WHITE>();
846     initialize<BLACK>();
847
848     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
849     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
850             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
851             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
852             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
853
854     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
855
856     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
857             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
858             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
859             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
860
861     score += initiative(eg_value(score));
862
863     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
864     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
865     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
866        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
867
868     v /= int(PHASE_MIDGAME);
869
870     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
871     if (T)
872     {
873         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
874         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
875         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
876         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
877         Trace::add(TOTAL, score);
878     }
879
880     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
881            + Eval::Tempo;
882   }
883
884 } // namespace
885
886
887 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
888 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
889
890 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
891   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
892 }
893
894
895 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
896 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
897 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
898
899 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
900
901   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
902
903   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
904
905   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
906
907   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
908
909   std::stringstream ss;
910   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
911      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
912      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
913      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
914      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
915      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
916      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
917      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
918      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
919      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
920      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
921      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
922      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
923      << " King safety | " << Term(KING)
924      << "     Threats | " << Term(THREAT)
925      << "      Passed | " << Term(PASSED)
926      << "       Space | " << Term(SPACE)
927      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
928      << "       Total | " << Term(TOTAL);
929
930   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
931
932   return ss.str();
933 }