git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5
   6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9   (at your option) any later version.
  10
  11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14   GNU General Public License for more details.
  15
  16   You should have received a copy of the GNU General Public License
  17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 */
  19
  20 #include <algorithm>
  21 #include <cassert>
  22 #include <iomanip>
  23 #include <sstream>
  24
  25 #include "bitcount.h"
  26 #include "evaluate.h"
  27 #include "material.h"
  28 #include "pawns.h"
  29 #include "thread.h"
  30
  31 namespace {
  32
  33   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  34   // by the evaluation functions.
  35   struct EvalInfo {
  36
  37     // Pointers to material and pawn hash table entries
  38     Material::Entry* mi;
  39     Pawns::Entry* pi;
  40
  41     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  42     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
  43     // contains all squares attacked by the given color.
  44     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  45
  46     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  47     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  48     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  49     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  50     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  51     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  52     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  53
  54     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  55     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  56     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  57
  58     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
  59     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  60     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  61     // KingAttackWeights array.
  62     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  63
  64     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
  65     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
  66     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
  67     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
  68     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
  69     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
  70
  71     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
  72   };
  73
  74   namespace Tracing {
  75
  76     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
  77       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
  78     };
  79
  80     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
  81     EvalInfo ei;
  82     ScaleFactor sf;
  83
  84     double to_cp(Value v);
  85     void write(int idx, Color c, Score s);
  86     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
  87     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
  88     std::string do_trace(const Position& pos);
  89   }
  90
  91   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
  92   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
  93   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
  94     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
  95   };
  96
  97   typedef Value V;
  98   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  99
 100   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 101   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
 102   // friendly pieces.
 103   const Score MobilityBonus[][32] = {
 104     {}, {},
 105     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
 106       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
 107     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
 108       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
 109       S( 84, 79), S( 86, 81) },
 110     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
 111       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
 112       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
 113     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
 114       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
 115       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
 116       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
 117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
 121   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
 122   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
 123   {// A     B     C     D     E     F     G     H
 124     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
 125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 126     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
 127     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
 128     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
 129     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
 130   {
 131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
 132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 133     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
 134     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
 135     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
 136     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
 137   };
 138
 139   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
 140   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 141   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
 142   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
 143     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
 144   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
 145     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
 146   };
 147
 148   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
 149   // type is attacked by an enemy pawn.
 150   const Score ThreatenedByPawn[] = {
 151     S(0, 0), S(0, 0), S(87, 118), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
 152   };
 153
 154   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 155   const Score KingOnOne        = S( 2, 58);
 156   const Score KingOnMany       = S( 6,125);
 157   const Score RookOnPawn       = S( 7, 27);
 158   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
 159   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
 160   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
 161   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
 162   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
 163   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
 164   const Score Hanging          = S(31, 26);
 165
 166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 168   // happen in Chess960 games.
 169   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 170
 171   #undef S
 172
 173   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
 174   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
 175   // based on how many squares inside this area are safe and available for
 176   // friendly minor pieces.
 177   const Bitboard SpaceMask[] = {
 178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
 179     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
 180   };
 181
 182   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
 183   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 184   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 185   // index to KingDanger[].
 186   //
 187   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 188   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
 189
 190   // Bonuses for enemy's safe checks
 191   const int QueenContactCheck = 24;
 192   const int RookContactCheck  = 16;
 193   const int QueenCheck        = 12;
 194   const int RookCheck         = 8;
 195   const int BishopCheck       = 2;
 196   const int KnightCheck       = 3;
 197
 198   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
 199   // scores, indexed by a calculated integer number.
 200   Score KingDanger[128];
 201
 202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
 203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
 204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
 205   }
 206
 207
 208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
 209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 210
 211   template<Color Us>
 212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 213
 214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 216
 217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 218
 219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
 220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 221
 222     // Init king safety tables only if we are going to use them
 223     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 224     {
 225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 229     }
 230     else
 231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 232   }
 233
 234
 235   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
 236
 237   template<PieceType Pt, Color Us>
 238   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
 239
 240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 241
 242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
 243
 244     // Initial bonus based on square
 245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
 246
 247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
 248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
 249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
 250     {
 251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
 252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
 253             bonus += bonus + bonus / 2;
 254         else
 255             bonus += bonus / 2;
 256     }
 257
 258     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
 259   }
 260
 261
 262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
 263
 264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
 265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
 266
 267     Bitboard b;
 268     Square s;
 269     Score score = SCORE_ZERO;
 270
 271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
 274
 275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 276
 277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 278     {
 279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 283
 284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
 286
 287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 288
 289         if (b & ei.kingRing[Them])
 290         {
 291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 294             if (bb)
 295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 296         }
 297
 298         if (Pt == QUEEN)
 299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 302
 303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
 304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
 305
 306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 307
 308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
 309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
 310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
 311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
 312
 313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 314         {
 315             // Penalty for bishop with same colored pawns
 316             if (Pt == BISHOP)
 317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 318
 319             // Bishop and knight outpost square
 320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
 321                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
 322
 323             // Bishop or knight behind a pawn
 324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 326                 score += MinorBehindPawn;
 327         }
 328
 329         if (Pt == ROOK)
 330         {
 331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
 332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 333             {
 334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 335                 if (pawns)
 336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
 337             }
 338
 339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
 340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
 342
 343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 344                 continue;
 345
 346             Square ksq = pos.king_square(Us);
 347
 348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
 349             // king has lost its castling capability.
 350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 352                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 353                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 354         }
 355
 356         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 358         // when that pawn is also blocked.
 359         if (   Pt == BISHOP
 360             && pos.is_chess960()
 361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 362         {
 363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
 368         }
 369     }
 370
 371     if (Trace)
 372         Tracing::write(Pt, Us, score);
 373
 374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 375   }
 376
 377   template<>
 378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 379   template<>
 380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 381
 382
 383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 384
 385   template<Color Us, bool Trace>
 386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 387
 388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 389
 390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 391     int attackUnits;
 392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
 393
 394     // King shelter and enemy pawns storm
 395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 396
 397     // Main king safety evaluation
 398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 399     {
 400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 401         // apart from the king itself
 402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 407
 408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 412         // the pawn shelter (current 'score' value).
 413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
 414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
 415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
 416                      - mg_value(score) / 32
 417                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
 418
 419         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 420         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
 421         // queen...
 422         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 423         if (b)
 424         {
 425             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 426             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 427                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 428
 429             if (b)
 430                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 431         }
 432
 433         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
 434         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
 435         // rooks...
 436         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
 437
 438         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
 439         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
 440
 441         if (b)
 442         {
 443             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 444             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 445                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
 446
 447             if (b)
 448                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
 449         }
 450
 451         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 452         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 453
 454         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
 455         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 456
 457         // Enemy queen safe checks
 458         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 459         if (b)
 460             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 461
 462         // Enemy rooks safe checks
 463         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 464         if (b)
 465             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 466
 467         // Enemy bishops safe checks
 468         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 469         if (b)
 470             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 471
 472         // Enemy knights safe checks
 473         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 474         if (b)
 475             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 476
 477         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
 478         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
 479
 480         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 481         // array and subtract the score from evaluation.
 482         score -= KingDanger[attackUnits];
 483     }
 484
 485     if (Trace)
 486         Tracing::write(KING, Us, score);
 487
 488     return score;
 489   }
 490
 491
 492   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
 493   // and the type of attacked one.
 494
 495   template<Color Us, bool Trace>
 496   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 497
 498     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 499
 500     enum { Defended, Weak };
 501     enum { Minor, Major };
 502
 503     Bitboard b, weak, defended;
 504     Score score = SCORE_ZERO;
 505
 506     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 507     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
 508               &  ei.attackedBy[Them][PAWN];
 509
 510     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 511     if (defended)
 512     {
 513         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 514         while (b)
 515             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 516
 517         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
 518         while (b)
 519             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 520     }
 521
 522     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 523     weak =   pos.pieces(Them)
 524           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 525           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 526
 527     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 528     if (weak)
 529     {
 530         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 531         while (b)
 532             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 533
 534         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 535         while (b)
 536             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 537
 538         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 539         if (b)
 540             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
 541
 542         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 543         if (b)
 544             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
 545     }
 546
 547     if (Trace)
 548         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
 549
 550     return score;
 551   }
 552
 553
 554   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 555
 556   template<Color Us, bool Trace>
 557   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 558
 559     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 560
 561     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 562     Score score = SCORE_ZERO;
 563
 564     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 565
 566     while (b)
 567     {
 568         Square s = pop_lsb(&b);
 569
 570         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 571
 572         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 573         int rr = r * (r - 1);
 574
 575         // Base bonus based on rank
 576         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
 577
 578         if (rr)
 579         {
 580             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 581
 582             // Adjust bonus based on the king's proximity
 583             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
 584                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 585
 586             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 587             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 588                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 589
 590             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 591             if (pos.empty(blockSq))
 592             {
 593                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 594                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 595                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 596                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 597
 598                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 599
 600                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 601                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 602
 603                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 604                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 605
 606                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 607                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 608                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 609
 610                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
 611                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 612                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 613                     k += 6;
 614
 615                 else if (defendedSquares & blockSq)
 616                     k += 4;
 617
 618                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 619             }
 620             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 621                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
 622         } // rr != 0
 623
 624         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 625             ebonus += ebonus / 4;
 626
 627         score += make_score(mbonus, ebonus);
 628     }
 629
 630     if (Trace)
 631         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
 632
 633     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 634     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
 635   }
 636
 637
 638   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
 639   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
 640   // possibility that pawns are unstoppable.
 641
 642   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
 643
 644     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
 645
 646     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
 647   }
 648
 649
 650   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 651   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 652   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 653   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 654   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
 655   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
 656   template<Color Us>
 657   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 658
 659     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 660
 661     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 662     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 663     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 664     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
 665                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 666                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 667                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 668
 669     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 670     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 671     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 672     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 673
 674     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
 675     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 676
 677     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
 678     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 679   }
 680
 681
 682   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
 683
 684   template<bool Trace>
 685   Value do_evaluate(const Position& pos) {
 686
 687     assert(!pos.checkers());
 688
 689     EvalInfo ei;
 690     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 691     Thread* thisThread = pos.this_thread();
 692
 693     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
 694     // in the position object (material + piece square tables).
 695     // Score is computed from the point of view of white.
 696     score = pos.psq_score();
 697
 698     // Probe the material hash table
 699     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
 700     score += ei.mi->material_value();
 701
 702     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 703     // configuration, call it and return.
 704     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
 705         return ei.mi->evaluate(pos);
 706
 707     // Probe the pawn hash table
 708     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
 709     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
 710
 711     // Initialize attack and king safety bitboards
 712     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
 713     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
 714
 715     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
 716     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
 717
 718     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
 719     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
 720                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
 721
 722     // Evaluate pieces and mobility
 723     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 724     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
 725
 726     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
 727     // information when computing the king safety evaluation.
 728     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
 729             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
 730
 731     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 732     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
 733             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
 734
 735     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 736     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
 737             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
 738
 739     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 740     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 741         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
 742                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
 743
 744     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
 745     if (ei.mi->space_weight())
 746     {
 747         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 748         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
 749     }
 750
 751     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
 752     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 753     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
 754
 755     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 756     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 757     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 758         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 759     {
 760         if (pos.opposite_bishops())
 761         {
 762             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 763             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
 764             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 765                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 766                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
 767
 768             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 769             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 770             else
 771                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 772         }
 773         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 774         // pawns are drawish.
 775         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
 776                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 777                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
 778                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
 779     }
 780
 781     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 782     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
 783              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 784
 785     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 786
 787     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
 788     if (Trace)
 789     {
 790         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
 791         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
 792         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
 793         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
 794                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
 795         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
 796         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 797         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
 798         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
 799         Tracing::ei = ei;
 800         Tracing::sf = sf;
 801     }
 802
 803     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
 804   }
 805
 806
 807   // Tracing function definitions
 808
 809   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
 810
 811   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
 812
 813   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
 814
 815     write(idx, WHITE, w);
 816     write(idx, BLACK, b);
 817   }
 818
 819   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
 820
 821     Score wScore = scores[WHITE][idx];
 822     Score bScore = scores[BLACK][idx];
 823
 824     switch (idx) {
 825     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
 826         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
 827            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
 828            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
 829         break;
 830     default:
 831         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
 832            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
 833            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
 834            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
 835            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
 836            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
 837            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
 838     }
 839   }
 840
 841   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
 842
 843     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 844
 845     Value v = do_evaluate<true>(pos);
 846     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 847
 848     std::stringstream ss;
 849     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 850        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 851        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 852        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
 853
 854     print(ss, "Material", MATERIAL);
 855     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
 856     print(ss, "Pawns", PAWN);
 857     print(ss, "Knights", KNIGHT);
 858     print(ss, "Bishops", BISHOP);
 859     print(ss, "Rooks", ROOK);
 860     print(ss, "Queens", QUEEN);
 861     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
 862     print(ss, "King safety", KING);
 863     print(ss, "Threats", THREAT);
 864     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
 865     print(ss, "Space", SPACE);
 866
 867     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
 868     print(ss, "Total", TOTAL);
 869
 870     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 871
 872     return ss.str();
 873   }
 874
 875 } // namespace
 876
 877
 878 namespace Eval {
 879
 880   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 881   /// of the position always from the point of view of the side to move.
 882
 883   Value evaluate(const Position& pos) {
 884     return do_evaluate<false>(pos);
 885   }
 886
 887
 888   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 889   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 890   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
 891   /// debugging.
 892   std::string trace(const Position& pos) {
 893     return Tracing::do_trace(pos);
 894   }
 895
 896
 897   /// init() computes evaluation weights.
 898
 899   void init() {
 900
 901     const double MaxSlope = 30;
 902     const double Peak = 1280;
 903
 904     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
 905     {
 906         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
 907         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
 908     }
 909   }
 910
 911 } // namespace Eval