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) 2008-2015 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 }