Changed spelling back to "Bishops" in eval output
[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) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31
32 namespace {
33
34   namespace Trace {
35
36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
38     };
39
40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
41
42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44     void add(int idx, Color c, Score s) {
45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
47     }
48
49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
51     }
52
53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
54
55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
57       else
58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
62
63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
65
66       return os;
67     }
68   }
69
70   using namespace Trace;
71
72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
73   // by the evaluation functions.
74   struct EvalInfo {
75
76     Material::Entry* me;
77     Pawns::Entry* pe;
78     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
79
80     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
81     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
82     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
83
84     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
85     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
86     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
87     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
88
89     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
90     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
91     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
92     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
93     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
94     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
95     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
96
97     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
98     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
99     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
100
101     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
102     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
103     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
104     // KingAttackWeights array.
105     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
106
107     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
108     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
109     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
110     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
111     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
112     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
113   };
114
115   #define V(v) Value(v)
116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
117
118   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
119   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
120   const Score MobilityBonus[][32] = {
121     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
122       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
123     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
124       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
125       S( 91, 88), S( 98, 97) },
126     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
127       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
128       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
129     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
130       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
131       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
132       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
133       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
134   };
135
136   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
137   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
138   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
139   // then score is doubled.
140   const Score Outpost[][2] = {
141     { S(22, 6), S(33, 9) }, // Knight
142     { S( 9, 2), S(14, 4) }  // Bishop
143   };
144
145   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
146   // friendly pawn on the rook file.
147   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
148
149   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
150   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
151   // pawn-defended are not considered.
152   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
153     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
154   };
155
156   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
157     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
158   };
159
160   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
161   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
162   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
163
164   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
165   // We don't use a Score because we process the two components independently.
166   const Value Passed[][RANK_NB] = {
167     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
168     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
169   };
170
171   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
172   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
173     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
174     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
175   };
176
177   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
178   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
179
180   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
181   const Score MinorBehindPawn     = S( 16,  0);
182   const Score BishopPawns         = S(  8, 12);
183   const Score RookOnPawn          = S(  8, 24);
184   const Score TrappedRook         = S( 92,  0);
185   const Score WeakQueen           = S( 50, 10);
186   const Score OtherCheck          = S( 10, 10);
187   const Score CloseEnemies        = S(  7,  0);
188   const Score PawnlessFlank       = S( 20, 80);
189   const Score ThreatByHangingPawn = S( 71, 61);
190   const Score ThreatBySafePawn    = S(182,175);
191   const Score ThreatByRank        = S( 16,  3);
192   const Score Hanging             = S( 48, 27);
193   const Score ThreatByPawnPush    = S( 38, 22);
194   const Score HinderPassedPawn    = S(  7,  0);
195
196   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
197   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
198   // happen in Chess960 games.
199   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
200
201   #undef S
202   #undef V
203
204   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
205   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
206
207   // Penalties for enemy's safe checks
208   const int QueenCheck  = 780;
209   const int RookCheck   = 880;
210   const int BishopCheck = 435;
211   const int KnightCheck = 790;
212
213   // Threshold for lazy and space evaluation
214   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
215   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
216
217   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
218   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
219
220   template<Color Us>
221   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
222
223     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
224     const Square Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
225     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
226     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
227
228     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
229     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
230
231     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
232     // are excluded from the mobility area.
233     ei.mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | ei.pe->pawn_attacks(Them));
234
235     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
236     b = ei.attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
237     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pe->pawn_attacks(Us);
238
239     ei.attackedBy2[Us]            = b & ei.attackedBy[Us][PAWN];
240     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | ei.attackedBy[Us][PAWN];
241
242     // Init our king safety tables only if we are going to use them
243     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
244     {
245         ei.kingRing[Us] = b;
246         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
247             ei.kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
248
249         ei.kingAttackersCount[Them] = popcount(b & ei.pe->pawn_attacks(Them));
250         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = ei.kingAttackersWeight[Them] = 0;
251     }
252     else
253         ei.kingRing[Us] = ei.kingAttackersCount[Them] = 0;
254   }
255
256
257   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
258   // color and type.
259
260   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
261   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
262
263     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
264     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
265     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
266                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
267     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
268
269     Bitboard b, bb;
270     Square s;
271     Score score = SCORE_ZERO;
272
273     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
274
275     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
276     {
277         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
278         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
279           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
280                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
281
282         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
283             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
284
285         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
286         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
287
288         if (b & ei.kingRing[Them])
289         {
290             ei.kingAttackersCount[Us]++;
291             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
292             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
293         }
294
295         int mob = popcount(b & ei.mobilityArea[Us]);
296
297         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
298
299         // Bonus for this piece as a king protector
300         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
301
302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
303         {
304             // Bonus for outpost squares
305             bb = OutpostRanks & ~ei.pe->pawn_attacks_span(Them);
306             if (bb & s)
307                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
308             else
309             {
310                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
311                 if (bb)
312                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
313             }
314
315             // Bonus when behind a pawn
316             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
317                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
318                 score += MinorBehindPawn;
319
320             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
321             if (Pt == BISHOP)
322                 score -= BishopPawns * ei.pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
323
324             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
325             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
326             // when that pawn is also blocked.
327             if (   Pt == BISHOP
328                 && pos.is_chess960()
329                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
330             {
331                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
332                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
333                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
334                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
335                                                                               : TrappedBishopA1H1;
336             }
337         }
338
339         if (Pt == ROOK)
340         {
341             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
342             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
343                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
344
345             // Bonus when on an open or semi-open file
346             if (ei.pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
347                 score += RookOnFile[!!ei.pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
348
349             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
350             else if (mob <= 3)
351             {
352                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
353
354                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
355                     && !ei.pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
356                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
357             }
358         }
359
360         if (Pt == QUEEN)
361         {
362             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
363             Bitboard pinners;
364             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
365                 score -= WeakQueen;
366         }
367     }
368
369     if (DoTrace)
370         Trace::add(Pt, Us, score);
371
372     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
373     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility);
374   }
375
376   template<>
377   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
378   template<>
379   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
380
381
382   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
383
384   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
385   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
386   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
387
388   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
389     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
390   };
391
392   template<Color Us, bool DoTrace>
393   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
394
395     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
396     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
397     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
398                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
399
400     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
401     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
402     int kingDanger;
403
404     // King shelter and enemy pawns storm
405     Score score = ei.pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
406
407     // Main king safety evaluation
408     if (ei.kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
409     {
410         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
411         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
412                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
413                     & ~ei.attackedBy2[Us];
414
415         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
416         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
417            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
418
419         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
420         // later into a king danger score. The initial value is based on the
421         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
422         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
423         // the pawn shelter (current 'score' value).
424         kingDanger =        ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]
425                     + 102 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
426                     + 201 * popcount(undefended)
427                     + 143 * (popcount(b) + !!pos.pinned_pieces(Us))
428                     - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
429                     -   9 * mg_value(score) / 8
430                     +  40;
431
432         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
433         safe  = ~pos.pieces(Them);
434         safe &= ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (undefended & ei.attackedBy2[Them]);
435
436         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
437         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
438
439         // Enemy queen safe checks
440         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
441             kingDanger += QueenCheck;
442
443         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
444         // and only defended by our queen.
445         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
446                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
447                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
448
449         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
450         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
451         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
452         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
453                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
454
455         // Enemy rooks safe and other checks
456         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
457             kingDanger += RookCheck;
458
459         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
460             score -= OtherCheck;
461
462         // Enemy bishops safe and other checks
463         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
464             kingDanger += BishopCheck;
465
466         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
467             score -= OtherCheck;
468
469         // Enemy knights safe and other checks
470         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
471         if (b & safe)
472             kingDanger += KnightCheck;
473
474         else if (b & other)
475             score -= OtherCheck;
476
477         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
478         if (kingDanger > 0)
479             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
480     }
481
482     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
483     File kf = file_of(ksq);
484     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
485
486     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
487     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
488
489     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
490     // which are not defended by our pawns.
491     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
492        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
493
494     score -= CloseEnemies * popcount(b);
495
496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
497     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
498         score -= PawnlessFlank;
499
500     if (DoTrace)
501         Trace::add(KING, Us, score);
502
503     return score;
504   }
505
506
507   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
508   // and the attacked pieces.
509
510   template<Color Us, bool DoTrace>
511   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
512
513     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
514     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
515     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
516     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
517     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
518     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
519
520     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
521     Score score = SCORE_ZERO;
522
523     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
524     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
525
526     if (weak)
527     {
528         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
529                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
530
531         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
532
533         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
534
535         if (weak ^ safeThreats)
536             score += ThreatByHangingPawn;
537     }
538
539     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
540     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
541     stronglyProtected =  ei.attackedBy[Them][PAWN]
542                        | (ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy2[Us]);
543
544     // Non-pawn enemies, strongly protected
545     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
546               & stronglyProtected;
547
548     // Enemies not strongly protected and under our attack
549     weak =   pos.pieces(Them)
550           & ~stronglyProtected
551           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
552
553     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
554     if (defended | weak)
555     {
556         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
557         while (b)
558         {
559             Square s = pop_lsb(&b);
560             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
561             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
562                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
563         }
564
565         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
566         while (b)
567         {
568             Square s = pop_lsb(&b);
569             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
570             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
571                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
572         }
573
574         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
575
576         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
577         if (b)
578             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
579     }
580
581     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
582     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
583     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
584
585     b &=  ~pos.pieces()
586         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
587         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
588
589     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
590        &  pos.pieces(Them)
591        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
592
593     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
594
595     if (DoTrace)
596         Trace::add(THREAT, Us, score);
597
598     return score;
599   }
600
601
602   // evaluate_passer_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
603   // pawns of the given color.
604
605   template<Color Us, bool DoTrace>
606   Score evaluate_passer_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
607
608     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
609
610     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
611     Score score = SCORE_ZERO;
612
613     b = ei.pe->passed_pawns(Us);
614
615     while (b)
616     {
617         Square s = pop_lsb(&b);
618
619         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_bb(Us, s + pawn_push(Us))));
620
621         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
622         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
623
624         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
625         int rr = r * (r - 1);
626
627         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
628
629         if (rr)
630         {
631             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
632
633             // Adjust bonus based on the king's proximity
634             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
635                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
636
637             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
638             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
639                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
640
641             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
642             if (pos.empty(blockSq))
643             {
644                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
645                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
646                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
647                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
648
649                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
650
651                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
652                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
653
654                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
655                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
656
657                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
658                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
659                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
660
661                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
662                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
663                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
664                     k += 6;
665
666                 else if (defendedSquares & blockSq)
667                     k += 4;
668
669                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
670             }
671             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
672                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
673         } // rr != 0
674
675         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
676         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
677         if (!pos.pawn_passed(Us, s + pawn_push(Us)) || (pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)))
678             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
679
680         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
681     }
682
683     if (DoTrace)
684         Trace::add(PASSED, Us, score);
685
686     return score;
687   }
688
689
690   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
691   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
692   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
693   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
694   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
695   // improve play on game opening.
696   template<Color Us>
697   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
698
699     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
700     const Bitboard SpaceMask =
701       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
702                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
703
704     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
705     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
706     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
707     Bitboard safe =   SpaceMask
708                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
709                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
710                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
711
712     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
713     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
714     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
715     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
716
717     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
718     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
719
720     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
721     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
722     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pe->open_files();
723
724     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
725   }
726
727
728   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
729   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
730   // status of the players.
731   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
732
733     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
734                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
735     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
736
737     // Compute the initiative bonus for the attacking side
738     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
739
740     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
741     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
742     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
743     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
744
745     return make_score(0, value);
746   }
747
748
749   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
750   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
751
752     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
753     ScaleFactor sf = ei.me->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 (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
758     {
759         if (pos.opposite_bishops())
760         {
761             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
762             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
763             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
764                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
765                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
766
767             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
768             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
769             return ScaleFactor(46);
770         }
771         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
772         // pawns are drawish.
773         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
774                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
775                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
776             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
777     }
778
779     return sf;
780   }
781
782 } // namespace
783
784
785 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
786 /// of the position from the point of view of the side to move.
787
788 template<bool DoTrace>
789 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
790
791   assert(!pos.checkers());
792
793   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
794   Value v;
795   EvalInfo ei;
796
797   // Probe the material hash table
798   ei.me = Material::probe(pos);
799
800   // If we have a specialized evaluation function for the current material
801   // configuration, call it and return.
802   if (ei.me->specialized_eval_exists())
803       return ei.me->evaluate(pos);
804
805   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
806   // the position object (material + piece square tables) and the material
807   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
808   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
809
810   // Probe the pawn hash table
811   ei.pe = Pawns::probe(pos);
812   score += ei.pe->pawns_score();
813
814   // Early exit if score is high
815   v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
816   if (abs(v) > LazyThreshold)
817      return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
818
819   // Initialize attack and king safety bitboards
820   eval_init<WHITE>(pos, ei);
821   eval_init<BLACK>(pos, ei);
822
823   // Evaluate all pieces but king and pawns
824   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility);
825   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
826
827   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
828   // information when computing the king safety evaluation.
829   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
830           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
831
832   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
833   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
834           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
835
836   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
837   score +=  evaluate_passer_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
838           - evaluate_passer_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
839
840   // Evaluate space for both sides, only during opening
841   if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
842       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
843               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
844
845   // Evaluate position potential for the winning side
846   score += evaluate_initiative(pos, ei.pe->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
847
848   // Evaluate scale factor for the winning side
849   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
850
851   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
852   v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
853      + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
854
855   v /= int(PHASE_MIDGAME);
856
857   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
858   if (DoTrace)
859   {
860       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
861       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
862       Trace::add(PAWN, ei.pe->pawns_score());
863       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
864       if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
865           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
866                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
867       Trace::add(TOTAL, score);
868   }
869
870   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
871 }
872
873 // Explicit template instantiations
874 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
875 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
876
877
878 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
879 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
880 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
881
882 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
883
884   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
885
886   Value v = evaluate<true>(pos);
887   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
888
889   std::stringstream ss;
890   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
891      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
892      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
893      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
894      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
895      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
896      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
897      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
898      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
899      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
900      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
901      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
902      << "    King safety | " << Term(KING)
903      << "        Threats | " << Term(THREAT)
904      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
905      << "          Space | " << Term(SPACE)
906      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
907      << "          Total | " << Term(TOTAL);
908
909   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
910
911   return ss.str();
912 }