Default argument for see_ge()
[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 the three (or two, for a king on an edge file)
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) >= QueenValueMg)
244     {
245         ei.kingRing[Us] = b | shift<Up>(b);
246         ei.kingAttackersCount[Them] = popcount(b & ei.pe->pawn_attacks(Them));
247         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = ei.kingAttackersWeight[Them] = 0;
248     }
249     else
250         ei.kingRing[Us] = ei.kingAttackersCount[Them] = 0;
251   }
252
253
254   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
255   // color and type.
256
257   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
258   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
259
260     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
261     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
262     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
263                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
264     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
265
266     Bitboard b, bb;
267     Square s;
268     Score score = SCORE_ZERO;
269
270     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
271
272     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
273     {
274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
278
279         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
281
282         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
283         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
284
285         if (b & ei.kingRing[Them])
286         {
287             ei.kingAttackersCount[Us]++;
288             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
289             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
290         }
291
292         int mob = popcount(b & ei.mobilityArea[Us]);
293
294         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
295
296         // Bonus for this piece as a king protector
297         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
298
299         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
300         {
301             // Bonus for outpost squares
302             bb = OutpostRanks & ~ei.pe->pawn_attacks_span(Them);
303             if (bb & s)
304                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
305             else
306             {
307                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
308                 if (bb)
309                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
310             }
311
312             // Bonus when behind a pawn
313             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
314                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
315                 score += MinorBehindPawn;
316
317             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
318             if (Pt == BISHOP)
319                 score -= BishopPawns * ei.pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
320
321             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
322             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
323             // when that pawn is also blocked.
324             if (   Pt == BISHOP
325                 && pos.is_chess960()
326                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
327             {
328                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
329                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
330                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
331                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
332                                                                               : TrappedBishopA1H1;
333             }
334         }
335
336         if (Pt == ROOK)
337         {
338             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
339             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
340                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
341
342             // Bonus when on an open or semi-open file
343             if (ei.pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 score += RookOnFile[!!ei.pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
345
346             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
347             else if (mob <= 3)
348             {
349                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
350
351                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
352                     && !ei.pe->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
357         if (Pt == QUEEN)
358         {
359             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
360             Bitboard pinners;
361             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
362                 score -= WeakQueen;
363         }
364     }
365
366     if (DoTrace)
367         Trace::add(Pt, Us, score);
368
369     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
370     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility);
371   }
372
373   template<>
374   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
375   template<>
376   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
377
378
379   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
380
381   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
382   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
383   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
384
385   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
386     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
387   };
388
389   template<Color Us, bool DoTrace>
390   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
391
392     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
393     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
394     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
395                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
396
397     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
398     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
399     int kingDanger;
400
401     // King shelter and enemy pawns storm
402     Score score = ei.pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
403
404     // Main king safety evaluation
405     if (ei.kingAttackersCount[Them])
406     {
407         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
408         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
409                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
410                     & ~ei.attackedBy2[Us];
411
412         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
413         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
414            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
415
416         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
417         // later into a king danger score. The initial value is based on the
418         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
419         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
420         // the pawn shelter (current 'score' value).
421         kingDanger =        ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]
422                     + 102 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
423                     + 201 * popcount(undefended)
424                     + 143 * (popcount(b) + !!pos.pinned_pieces(Us))
425                     - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
426                     -  28 * mg_value(score) / 25 - 5;
427
428         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
429         safe  = ~pos.pieces(Them);
430         safe &= ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (undefended & ei.attackedBy2[Them]);
431
432         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
433         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
434
435         // Enemy queen safe checks
436         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
437             kingDanger += QueenCheck;
438
439         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
440         // and only defended by our queen.
441         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
442                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
443                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
444
445         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
446         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
447         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
448         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
449                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
450
451         // Enemy rooks safe and other checks
452         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
453             kingDanger += RookCheck;
454
455         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
456             score -= OtherCheck;
457
458         // Enemy bishops safe and other checks
459         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
460             kingDanger += BishopCheck;
461
462         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
463             score -= OtherCheck;
464
465         // Enemy knights safe and other checks
466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
467         if (b & safe)
468             kingDanger += KnightCheck;
469
470         else if (b & other)
471             score -= OtherCheck;
472
473         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
474         if (kingDanger > 0)
475             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, 0);
476     }
477
478     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
479     File kf = file_of(ksq);
480     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
481
482     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
483     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
484
485     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
486     // which are not defended by our pawns.
487     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
488        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
489
490     score -= CloseEnemies * popcount(b);
491
492     // Penalty when our king is on a pawnless flank
493     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
494         score -= PawnlessFlank;
495
496     if (DoTrace)
497         Trace::add(KING, Us, score);
498
499     return score;
500   }
501
502
503   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
504   // and the attacked pieces.
505
506   template<Color Us, bool DoTrace>
507   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
508
509     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
510     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
511     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
512     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
513     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
514     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
515
516     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
517     Score score = SCORE_ZERO;
518
519     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
520     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
521
522     if (weak)
523     {
524         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
525                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
526
527         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
528
529         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
530
531         if (weak ^ safeThreats)
532             score += ThreatByHangingPawn;
533     }
534
535     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
536     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
537     stronglyProtected =  ei.attackedBy[Them][PAWN]
538                        | (ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy2[Us]);
539
540     // Non-pawn enemies, strongly protected
541     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
542               & stronglyProtected;
543
544     // Enemies not strongly protected and under our attack
545     weak =   pos.pieces(Them)
546           & ~stronglyProtected
547           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
548
549     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
550     if (defended | weak)
551     {
552         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
553         while (b)
554         {
555             Square s = pop_lsb(&b);
556             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
557             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
558                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
559         }
560
561         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
562         while (b)
563         {
564             Square s = pop_lsb(&b);
565             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
566             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
567                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
568         }
569
570         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
571
572         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
573         if (b)
574             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
575     }
576
577     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
578     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
579     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
580
581     b &=  ~pos.pieces()
582         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
583         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
584
585     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
586        &  pos.pieces(Them)
587        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
588
589     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
590
591     if (DoTrace)
592         Trace::add(THREAT, Us, score);
593
594     return score;
595   }
596
597
598   // evaluate_passer_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
599   // pawns of the given color.
600
601   template<Color Us, bool DoTrace>
602   Score evaluate_passer_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
603
604     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
605
606     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
607     Score score = SCORE_ZERO;
608
609     b = ei.pe->passed_pawns(Us);
610
611     while (b)
612     {
613         Square s = pop_lsb(&b);
614
615         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_bb(Us, s + pawn_push(Us))));
616
617         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
618         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
619
620         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
621         int rr = r * (r - 1);
622
623         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
624
625         if (rr)
626         {
627             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
628
629             // Adjust bonus based on the king's proximity
630             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
631                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
632
633             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
634             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
635                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
636
637             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
638             if (pos.empty(blockSq))
639             {
640                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
641                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
642                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
643                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
644
645                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
646
647                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
648                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
649
650                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
651                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
652
653                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
654                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
655                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
656
657                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
658                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
659                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
660                     k += 6;
661
662                 else if (defendedSquares & blockSq)
663                     k += 4;
664
665                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
666             }
667             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
668                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
669         } // rr != 0
670
671         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
672         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
673         if (!pos.pawn_passed(Us, s + pawn_push(Us)) || (pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)))
674             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
675
676         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
677     }
678
679     if (DoTrace)
680         Trace::add(PASSED, Us, score);
681
682     return score;
683   }
684
685
686   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
687   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
688   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
689   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
690   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
691   // improve play on game opening.
692   template<Color Us>
693   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
694
695     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
696     const Bitboard SpaceMask =
697       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
698                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
699
700     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
701     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
702     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
703     Bitboard safe =   SpaceMask
704                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
705                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
706                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
707
708     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
709     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
710     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
711     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
712
713     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
714     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
715
716     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
717     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
718     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pe->open_files();
719
720     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
721   }
722
723
724   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
725   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
726   // status of the players.
727   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
728
729     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
730                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
731     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
732
733     // Compute the initiative bonus for the attacking side
734     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
735
736     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
737     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
738     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
739     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
740
741     return make_score(0, value);
742   }
743
744
745   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
746   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
747
748     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
749     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
750
751     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
752     // types of endgames, and use a lower scale for those.
753     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
754     {
755         if (pos.opposite_bishops())
756         {
757             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
758             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
759             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
760                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
761                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
762
763             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
764             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
765             return ScaleFactor(46);
766         }
767         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
768         // pawns are drawish.
769         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
770                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
771                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
772             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
773     }
774
775     return sf;
776   }
777
778 } // namespace
779
780
781 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
782 /// of the position from the point of view of the side to move.
783
784 template<bool DoTrace>
785 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
786
787   assert(!pos.checkers());
788
789   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
790   Value v;
791   EvalInfo ei;
792
793   // Probe the material hash table
794   ei.me = Material::probe(pos);
795
796   // If we have a specialized evaluation function for the current material
797   // configuration, call it and return.
798   if (ei.me->specialized_eval_exists())
799       return ei.me->evaluate(pos);
800
801   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
802   // the position object (material + piece square tables) and the material
803   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
804   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
805
806   // Probe the pawn hash table
807   ei.pe = Pawns::probe(pos);
808   score += ei.pe->pawns_score();
809
810   // Early exit if score is high
811   v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
812   if (abs(v) > LazyThreshold)
813      return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
814
815   // Initialize attack and king safety bitboards
816   eval_init<WHITE>(pos, ei);
817   eval_init<BLACK>(pos, ei);
818
819   // Evaluate all pieces but king and pawns
820   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility);
821   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
822
823   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
824   // information when computing the king safety evaluation.
825   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
826           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
827
828   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
829   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
830           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
831
832   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
833   score +=  evaluate_passer_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
834           - evaluate_passer_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
835
836   // Evaluate space for both sides, only during opening
837   if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
838       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
839               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
840
841   // Evaluate position potential for the winning side
842   score += evaluate_initiative(pos, ei.pe->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
843
844   // Evaluate scale factor for the winning side
845   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
846
847   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
848   v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
849      + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
850
851   v /= int(PHASE_MIDGAME);
852
853   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
854   if (DoTrace)
855   {
856       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
857       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
858       Trace::add(PAWN, ei.pe->pawns_score());
859       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
860       if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
861           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
862                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
863       Trace::add(TOTAL, score);
864   }
865
866   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
867 }
868
869 // Explicit template instantiations
870 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
871 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
872
873
874 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
875 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
876 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
877
878 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
879
880   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
881
882   Value v = evaluate<true>(pos);
883   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
884
885   std::stringstream ss;
886   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
887      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
888      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
889      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
890      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
891      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
892      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
893      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
894      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
895      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
896      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
897      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
898      << "    King safety | " << Term(KING)
899      << "        Threats | " << Term(THREAT)
900      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
901      << "          Space | " << Term(SPACE)
902      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
903      << "          Total | " << Term(TOTAL);
904
905   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
906
907   return ss.str();
908 }