Tune evaluation scores
[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 ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties
155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  8);
156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  7,  0);
157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
158   constexpr Score Hanging            = S( 62, 34);
159   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  7);
160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 20, 12);
161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 44,  0);
162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
163   constexpr Score Overload           = S( 12,  6);
164   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 18, 94);
165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 28);
166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 49, 21);
167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 21, 84);
168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 42);
169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 14,  3);
170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(169, 99);
171   constexpr Score TrappedRook        = S( 98,  5);
172   constexpr Score WeakQueen          = S( 51, 10);
173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 14, 20);
174
175 #undef S
176
177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
178   template<Tracing T>
179   class Evaluation {
180
181   public:
182     Evaluation() = delete;
183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
185     Value value();
186
187   private:
188     template<Color Us> void initialize();
189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
190     template<Color Us> Score king() const;
191     template<Color Us> Score threats() const;
192     template<Color Us> Score passed() const;
193     template<Color Us> Score space() const;
194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
195     Score initiative(Value eg) const;
196
197     const Position& pos;
198     Material::Entry* me;
199     Pawns::Entry* pe;
200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
202
203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
205     // is also calculated is ALL_PIECES.
206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
207
208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
212
213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
216     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
218
219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
222
223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
226     // the KingAttackWeights array.
227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
228
229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
233     // to kingAttacksCount[WHITE].
234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
235   };
236
237
238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
240   template<Tracing T> template<Color Us>
241   void Evaluation<T>::initialize() {
242
243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
247
248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
250
251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
252     // are excluded from the mobility area.
253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
254
255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
260
261     kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
262
263     // Init our king safety tables only if we are going to use them
264     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
265     {
266         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
267         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
268             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
269
270         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
271             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
272
273         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
274             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
275
276         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
277         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
278     }
279   }
280
281
282   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
283   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
284   Score Evaluation<T>::pieces() {
285
286     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
287     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
288     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
289                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
290     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
291
292     Bitboard b, bb;
293     Square s;
294     Score score = SCORE_ZERO;
295
296     attackedBy[Us][Pt] = 0;
297
298     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
299     {
300         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
301         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
302           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
303                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
304
305         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
306             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
307
308         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
309         attackedBy[Us][Pt] |= b;
310         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
311
312         if (b & kingRing[Them])
313         {
314             kingAttackersCount[Us]++;
315             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
316             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
317         }
318
319         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
320
321         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
322
323         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
324         {
325             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
326             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
327             if (bb & s)
328                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
329
330             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
332
333             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
334             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
335                 score += MinorBehindPawn;
336
337             // Penalty if the piece is far from the king
338             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
339
340             if (Pt == BISHOP)
341             {
342                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
343                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
344                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
345
346                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
347                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
348
349                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
350                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
351                     score += LongDiagonalBishop;
352             }
353
354             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
355             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
356             // when that pawn is also blocked.
357             if (   Pt == BISHOP
358                 && pos.is_chess960()
359                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
360             {
361                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
362                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
363                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
364                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
365                                                                               : CorneredBishop;
366             }
367         }
368
369         if (Pt == ROOK)
370         {
371             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
372             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
373                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
374
375             // Bonus for rook on an open or semi-open file
376             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
377                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
378
379             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
380             else if (mob <= 3)
381             {
382                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
383                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
384                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
385             }
386         }
387
388         if (Pt == QUEEN)
389         {
390             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
391             Bitboard queenPinners;
392             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
393                 score -= WeakQueen;
394         }
395     }
396     if (T)
397         Trace::add(Pt, Us, score);
398
399     return score;
400   }
401
402
403   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
404   template<Tracing T> template<Color Us>
405   Score Evaluation<T>::king() const {
406
407     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
408     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
409                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
410
411     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
412     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
413
414     // King shelter and enemy pawns storm
415     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
416
417     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
418     // which are attacked twice in that flank.
419     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
420     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
421     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
422
423     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
424
425     // Main king safety evaluation
426     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
427     {
428         int kingDanger = 0;
429         unsafeChecks = 0;
430
431         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
432         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
433               & ~attackedBy2[Us]
434               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
435
436         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
437         safe  = ~pos.pieces(Them);
438         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
439
440         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
441         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
442
443         // Enemy queen safe checks
444         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
445             kingDanger += QueenSafeCheck;
446
447         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
448         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
449
450         // Enemy rooks checks
451         if (b1 & safe)
452             kingDanger += RookSafeCheck;
453         else
454             unsafeChecks |= b1;
455
456         // Enemy bishops checks
457         if (b2 & safe)
458             kingDanger += BishopSafeCheck;
459         else
460             unsafeChecks |= b2;
461
462         // Enemy knights checks
463         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
464         if (b & safe)
465             kingDanger += KnightSafeCheck;
466         else
467             unsafeChecks |= b;
468
469         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
470         // the square is in the attacker's mobility area.
471         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
472
473         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
474                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
475                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
476                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
477                      +   4 * tropism
478                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
479                      -   6 * mg_value(score) / 8
480                      +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
481                      -   30;
482
483         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
484         if (kingDanger > 0)
485             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
486     }
487
488     // Penalty when our king is on a pawnless flank
489     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
490         score -= PawnlessFlank;
491
492     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
493     score -= CloseEnemies * tropism;
494
495     if (T)
496         Trace::add(KING, Us, score);
497
498     return score;
499   }
500
501
502   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
503   // attacking and the attacked pieces.
504   template<Tracing T> template<Color Us>
505   Score Evaluation<T>::threats() const {
506
507     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
508     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
509     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
510
511     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
512     Score score = SCORE_ZERO;
513
514     // Non-pawn enemies
515     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
516
517     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
518     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
519     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
520                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
521
522     // Non-pawn enemies, strongly protected
523     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
524
525     // Enemies not strongly protected and under our attack
526     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
527
528     // Safe or protected squares
529     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
530
531     // Bonus according to the kind of attacking pieces
532     if (defended | weak)
533     {
534         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
535         while (b)
536         {
537             Square s = pop_lsb(&b);
538             score += ThreatByMinor[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         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
544         while (b)
545         {
546             Square s = pop_lsb(&b);
547             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
548             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
549                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
550         }
551
552         if (weak & attackedBy[Us][KING])
553             score += ThreatByKing;
554
555         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
556
557         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
558         score += Overload * popcount(b);
559     }
560
561     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
562     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
563         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
564
565     // Find squares where our pawns can push on the next move
566     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
567     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
568
569     // Keep only the squares which are relatively safe
570     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
571
572     // Bonus for safe pawn threats on the next move
573     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
574     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
575
576     // Our safe or protected pawns
577     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
578
579     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
580     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
581
582     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
583     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
584     {
585         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
586         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
587
588         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
589
590         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
591
592         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
593            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
594
595         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
596     }
597
598     if (T)
599         Trace::add(THREAT, Us, score);
600
601     return score;
602   }
603
604   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
605   // pawns of the given color.
606
607   template<Tracing T> template<Color Us>
608   Score Evaluation<T>::passed() const {
609
610     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
611     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
612
613     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
614       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
615     };
616
617     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
618     Score score = SCORE_ZERO;
619
620     b = pe->passed_pawns(Us);
621
622     while (b)
623     {
624         Square s = pop_lsb(&b);
625
626         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
627
628         int r = relative_rank(Us, s);
629
630         Score bonus = PassedRank[r];
631
632         if (r > RANK_3)
633         {
634             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
635             Square blockSq = s + Up;
636
637             // Adjust bonus based on the king's proximity
638             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
639                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
640
641             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
642             if (r != RANK_7)
643                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
644
645             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
646             if (pos.empty(blockSq))
647             {
648                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
649                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
650                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
651                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
652
653                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
654
655                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
656                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
657
658                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
659                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
660
661                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
662                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
663                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
664
665                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
666                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
667                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
668                     k += 6;
669
670                 else if (defendedSquares & blockSq)
671                     k += 4;
672
673                 bonus += make_score(k * w, k * w);
674             }
675         } // rank > RANK_3
676
677         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
678         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
679         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
680             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
681             bonus = bonus / 2;
682
683         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
684     }
685
686     if (T)
687         Trace::add(PASSED, Us, score);
688
689     return score;
690   }
691
692
693   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
694   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
695   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
696   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
697   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
698   // improve play on game opening.
699
700   template<Tracing T> template<Color Us>
701   Score Evaluation<T>::space() const {
702
703     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
704         return SCORE_ZERO;
705
706     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
707     constexpr Bitboard SpaceMask =
708       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
709                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
710
711     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
712     Bitboard safe =   SpaceMask
713                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
714                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
715
716     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
717     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
718     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
719     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
720
721     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
722     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
723
724     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
725
726     if (T)
727         Trace::add(SPACE, Us, score);
728
729     return score;
730   }
731
732
733   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
734   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
735   // known attacking/defending status of the players.
736
737   template<Tracing T>
738   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
739
740     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
741                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
742
743     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
744                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
745
746     // Compute the initiative bonus for the attacking side
747     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
748                     + 12 * pos.count<PAWN>()
749                     + 12 * outflanking
750                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
751                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
752                     -118 ;
753
754     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
755     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
756     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
757     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
758
759     if (T)
760         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
761
762     return make_score(0, v);
763   }
764
765
766   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
767
768   template<Tracing T>
769   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
770
771     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
772     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
773
774     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
775     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
776     {
777         if (   pos.opposite_bishops()
778             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
779             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
780             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
781         else
782             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
783
784     }
785
786     return ScaleFactor(sf);
787   }
788
789
790   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
791   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
792   // of view of the side to move.
793
794   template<Tracing T>
795   Value Evaluation<T>::value() {
796
797     assert(!pos.checkers());
798
799     // Probe the material hash table
800     me = Material::probe(pos);
801
802     // If we have a specialized evaluation function for the current material
803     // configuration, call it and return.
804     if (me->specialized_eval_exists())
805         return me->evaluate(pos);
806
807     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
808     // the position object (material + piece square tables) and the material
809     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
810     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
811
812     // Probe the pawn hash table
813     pe = Pawns::probe(pos);
814     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
815
816     // Early exit if score is high
817     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
818     if (abs(v) > LazyThreshold)
819        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
820
821     // Main evaluation begins here
822
823     initialize<WHITE>();
824     initialize<BLACK>();
825
826     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
827     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
828             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
829             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
830             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
831
832     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
833
834     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
835             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
836             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
837             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
838
839     score += initiative(eg_value(score));
840
841     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
842     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
843     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
844        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
845
846     v /= int(PHASE_MIDGAME);
847
848     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
849     if (T)
850     {
851         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
852         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
853         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
854         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
855         Trace::add(TOTAL, score);
856     }
857
858     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
859            + Eval::Tempo;
860   }
861
862 } // namespace
863
864
865 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
866 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
867
868 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
869   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
870 }
871
872
873 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
874 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
875 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
876
877 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
878
879   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
880
881   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
882
883   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
884
885   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
886
887   std::stringstream ss;
888   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
889      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
890      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
891      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
892      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
893      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
894      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
895      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
896      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
897      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
898      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
899      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
900      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
901      << " King safety | " << Term(KING)
902      << "     Threats | " << Term(THREAT)
903      << "      Passed | " << Term(PASSED)
904      << "       Space | " << Term(SPACE)
905      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
906      << "       Total | " << Term(TOTAL);
907
908   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
909
910   return ss.str();
911 }