SEE Pruning Tweak (#2183)
[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) 2015-2019 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   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
127   };
128
129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
133   };
134
135   // Assorted bonuses and penalties
136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
144   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
155   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
156
157 #undef S
158
159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
160   template<Tracing T>
161   class Evaluation {
162
163   public:
164     Evaluation() = delete;
165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
167     Value value();
168
169   private:
170     template<Color Us> void initialize();
171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
172     template<Color Us> Score king() const;
173     template<Color Us> Score threats() const;
174     template<Color Us> Score passed() const;
175     template<Color Us> Score space() const;
176     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
177     Score initiative(Value eg) const;
178
179     const Position& pos;
180     Material::Entry* me;
181     Pawns::Entry* pe;
182     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
183     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
184
185     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
186     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
187     // is also calculated is ALL_PIECES.
188     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
189
190     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
191     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
192     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
193
194     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
195     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
196     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
197     // and h6.
198     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
199
200     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
201     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
202     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
203
204     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
205     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
206     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
207     // the KingAttackWeights array.
208     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
209
210     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
211     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
212     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
213     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
214     // to kingAttacksCount[WHITE].
215     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
216   };
217
218
219   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
220   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
221   template<Tracing T> template<Color Us>
222   void Evaluation<T>::initialize() {
223
224     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
225     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
226     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
227     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
228
229     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
230
231     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
232
233     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
234     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
235
236     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
237     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
238     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
239
240     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
241     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
242     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
243     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
244     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
245
246     // Init our king safety tables
247     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
248     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
249         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
250
251     if (file_of(ksq) == FILE_H)
252         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
253
254     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
255         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
256
257     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
258     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
259
260     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
261     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
262   }
263
264
265   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
266   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
267   Score Evaluation<T>::pieces() {
268
269     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
270     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
271     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
272                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
273     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
274
275     Bitboard b, bb;
276     Score score = SCORE_ZERO;
277
278     attackedBy[Us][Pt] = 0;
279
280     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
281     {
282         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
283         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
285                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
286
287         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
288             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
289
290         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
291         attackedBy[Us][Pt] |= b;
292         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
293
294         if (b & kingRing[Them])
295         {
296             kingAttackersCount[Us]++;
297             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
298             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
299         }
300
301         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
302
303         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
304
305         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
306         {
307             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
308             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
309             if (bb & s)
310                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
311
312             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
313                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
314
315             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
316             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
317                 score += MinorBehindPawn;
318
319             // Penalty if the piece is far from the king
320             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
321
322             if (Pt == BISHOP)
323             {
324                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
325                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
326                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
327
328                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
329                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
330
331                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
332                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
333                     score += LongDiagonalBishop;
334             }
335
336             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
337             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
338             // when that pawn is also blocked.
339             if (   Pt == BISHOP
340                 && pos.is_chess960()
341                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
342             {
343                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
344                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
345                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
346                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
347                                                                               : CorneredBishop;
348             }
349         }
350
351         if (Pt == ROOK)
352         {
353             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
354             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
355                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
356
357             // Bonus for rook on an open or semi-open file
358             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
359                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
360
361             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
362             else if (mob <= 3)
363             {
364                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
365                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
366                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
367             }
368         }
369
370         if (Pt == QUEEN)
371         {
372             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
373             Bitboard queenPinners;
374             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
375                 score -= WeakQueen;
376         }
377     }
378     if (T)
379         Trace::add(Pt, Us, score);
380
381     return score;
382   }
383
384
385   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
386   template<Tracing T> template<Color Us>
387   Score Evaluation<T>::king() const {
388
389     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
390     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
391                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
392
393     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
394     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
395     int kingDanger = 0;
396     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
397
398     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
399     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
400
401     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
402     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403           & ~attackedBy2[Us]
404           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
405
406     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
407     safe  = ~pos.pieces(Them);
408     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
409
410     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
411     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
412
413     // Enemy rooks checks
414     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
415
416     if (rookChecks)
417         kingDanger += RookSafeCheck;
418     else
419         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
420
421     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
422     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
423     queenChecks =  (b1 | b2)
424                  & attackedBy[Them][QUEEN]
425                  & safe
426                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
427                  & ~rookChecks;
428
429     if (queenChecks)
430         kingDanger += QueenSafeCheck;
431
432     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
433     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
434     bishopChecks =  b2
435                   & attackedBy[Them][BISHOP]
436                   & safe
437                   & ~queenChecks;
438
439     if (bishopChecks)
440         kingDanger += BishopSafeCheck;
441     else
442         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
443
444     // Enemy knights checks
445     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
446
447     if (knightChecks & safe)
448         kingDanger += KnightSafeCheck;
449     else
450         unsafeChecks |= knightChecks;
451
452     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
453     // the square is in the attacker's mobility area.
454     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
455
456     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
457     // which are attacked twice in that flank.
458     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
459     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
460
461     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
462
463     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
464                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
465                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
466                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
467                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
468                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
469                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
470                  -   6 * mg_value(score) / 8
471                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
472                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
473                  -   7;
474
475     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
476     if (kingDanger > 100)
477         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
478
479     // Penalty when our king is on a pawnless flank
480     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
481         score -= PawnlessFlank;
482
483     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
484     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
485
486     if (T)
487         Trace::add(KING, Us, score);
488
489     return score;
490   }
491
492
493   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
494   // attacking and the attacked pieces.
495   template<Tracing T> template<Color Us>
496   Score Evaluation<T>::threats() const {
497
498     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
499     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
500     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
501
502     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
503     Score score = SCORE_ZERO;
504
505     // Non-pawn enemies
506     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
507
508     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
509     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
510     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
511                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
512
513     // Non-pawn enemies, strongly protected
514     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
515
516     // Enemies not strongly protected and under our attack
517     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
518
519     // Safe or protected squares
520     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
521
522     // Bonus according to the kind of attacking pieces
523     if (defended | weak)
524     {
525         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
526         while (b)
527         {
528             Square s = pop_lsb(&b);
529             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
530             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
531                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
532         }
533
534         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
535         while (b)
536         {
537             Square s = pop_lsb(&b);
538             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
539             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
540                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
541         }
542
543         if (weak & attackedBy[Us][KING])
544             score += ThreatByKing;
545
546         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
547            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
548         score += Hanging * popcount(weak & b);
549     }
550
551     // Bonus for restricting their piece moves
552     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
553        & ~stronglyProtected
554        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
555
556     score += RestrictedPiece * popcount(b);
557
558     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
559     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
560         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
561
562     // Find squares where our pawns can push on the next move
563     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
564     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
565
566     // Keep only the squares which are relatively safe
567     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
568
569     // Bonus for safe pawn threats on the next move
570     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
571     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
572
573     // Our safe or protected pawns
574     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
575
576     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
577     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
578
579     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
580     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
581     {
582         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
583         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
584
585         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
586
587         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
588
589         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
590            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
591
592         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
593     }
594
595     if (T)
596         Trace::add(THREAT, Us, score);
597
598     return score;
599   }
600
601   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
602   // pawns of the given color.
603
604   template<Tracing T> template<Color Us>
605   Score Evaluation<T>::passed() const {
606
607     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
608     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
609
610     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
611       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
612     };
613
614     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
615     Score score = SCORE_ZERO;
616
617     b = pe->passed_pawns(Us);
618
619     while (b)
620     {
621         Square s = pop_lsb(&b);
622
623         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
624
625         int r = relative_rank(Us, s);
626
627         Score bonus = PassedRank[r];
628
629         if (r > RANK_3)
630         {
631             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
632             Square blockSq = s + Up;
633
634             // Adjust bonus based on the king's proximity
635             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
636                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
637
638             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
639             if (r != RANK_7)
640                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
641
642             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
643             if (pos.empty(blockSq))
644             {
645                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
646                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
647                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
648                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
649
650                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
651
652                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
653                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
654
655                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
656                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
657
658                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
659                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
660                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
661
662                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
663                 if (defendedSquares & blockSq)
664                     k += 5;
665
666                 bonus += make_score(k * w, k * w);
667             }
668         } // r > RANK_3
669
670         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
671         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
672         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
673             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
674             bonus = bonus / 2;
675
676         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
677     }
678
679     if (T)
680         Trace::add(PASSED, Us, score);
681
682     return score;
683   }
684
685
686   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
687   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
688   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
689   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
690   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
691   // improve play on game opening.
692
693   template<Tracing T> template<Color Us>
694   Score Evaluation<T>::space() const {
695
696     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
697         return SCORE_ZERO;
698
699     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
700     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
701     constexpr Bitboard SpaceMask =
702       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
703                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
704
705     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
706     Bitboard safe =   SpaceMask
707                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
708                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
709
710     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
711     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
712     behind |= shift<Down>(behind);
713     behind |= shift<Down+Down>(behind);
714
715     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
716     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
717     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
718
719     if (T)
720         Trace::add(SPACE, Us, score);
721
722     return score;
723   }
724
725
726   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
727   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
728   // known attacking/defending status of the players.
729
730   template<Tracing T>
731   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
732
733     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
734                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
735
736     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
737                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
738
739     // Compute the initiative bonus for the attacking side
740     int complexity =   9 * pe->passed_count()
741                     + 11 * pos.count<PAWN>()
742                     +  9 * outflanking
743                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
744                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
745                     -103 ;
746
747     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
748     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
749     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
750     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
751
752     if (T)
753         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
754
755     return make_score(0, v);
756   }
757
758
759   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
760
761   template<Tracing T>
762   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
763
764     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
765     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
766
767     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
768     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
769     {
770         if (   pos.opposite_bishops()
771             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
772             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
773         else
774             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
775
776     }
777
778     return ScaleFactor(sf);
779   }
780
781
782   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
783   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
784   // of view of the side to move.
785
786   template<Tracing T>
787   Value Evaluation<T>::value() {
788
789     assert(!pos.checkers());
790
791     // Probe the material hash table
792     me = Material::probe(pos);
793
794     // If we have a specialized evaluation function for the current material
795     // configuration, call it and return.
796     if (me->specialized_eval_exists())
797         return me->evaluate(pos);
798
799     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
800     // the position object (material + piece square tables) and the material
801     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
802     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
803
804     // Probe the pawn hash table
805     pe = Pawns::probe(pos);
806     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
807
808     // Early exit if score is high
809     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
810     if (abs(v) > (LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64))
811        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
812
813     // Main evaluation begins here
814
815     initialize<WHITE>();
816     initialize<BLACK>();
817
818     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
819     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
820             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
821             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
822             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
823
824     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
825
826     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
827             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
828             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
829             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
830
831     score += initiative(eg_value(score));
832
833     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
834     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
835     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
836        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
837
838     v /= PHASE_MIDGAME;
839
840     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
841     if (T)
842     {
843         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
844         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
845         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
846         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
847         Trace::add(TOTAL, score);
848     }
849
850     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
851            + Eval::Tempo;
852   }
853
854 } // namespace
855
856
857 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
858 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
859
860 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
861   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
862 }
863
864
865 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
866 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
867 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
868
869 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
870
871   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
872
873   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
874
875   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
876
877   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
878
879   std::stringstream ss;
880   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
881      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
882      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
883      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
884      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
885      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
886      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
887      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
888      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
889      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
890      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
891      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
892      << " King safety | " << Term(KING)
893      << "     Threats | " << Term(THREAT)
894      << "      Passed | " << Term(PASSED)
895      << "       Space | " << Term(SPACE)
896      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
897      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
898      << "       Total | " << Term(TOTAL);
899
900   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
901
902   return ss.str();
903 }