Retire PawnSafePush bonus
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30
31 namespace {
32
33   namespace Tracing {
34
35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
37     };
38
39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
40
41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
42
43     double to_cp(Value v);
44     void write(int idx, Color c, Score s);
45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
46     std::string do_trace(const Position& pos);
47   }
48
49
50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
51   // by the evaluation functions.
52   struct EvalInfo {
53
54     // Pointers to material and pawn hash table entries
55     Material::Entry* mi;
56     Pawns::Entry* pi;
57
58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
60     // contains all squares attacked by the given color.
61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
62
63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
70
71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
74
75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
78     // KingAttackWeights array.
79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
80
81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
87
88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
89   };
90
91
92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
97   };
98
99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
101   }
102
103
104   #define V(v) Value(v)
105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
106
107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
109   // friendly pieces.
110   const Score MobilityBonus[][32] = {
111     {}, {},
112     { S(-68,-49), S(-46,-33), S(-3,-12), S( 5, -4), S( 9, 11), S(15, 16), // Knights
113       S( 23, 27), S( 33, 28), S(37, 29) },
114     { S(-49,-44), S(-23,-16), S(16,  1), S(29, 16), S(40, 25), S(51, 34), // Bishops
115       S( 55, 43), S( 61, 49), S(64, 51), S(68, 52), S(73, 55), S(75, 60),
116       S( 80, 65), S( 86, 66) },
117     { S(-50,-57), S(-28,-22), S(-11, 7), S(-1, 29), S( 0, 39), S( 1, 46), // Rooks
118       S( 10, 66), S( 16, 79), S(22, 86), S(23,103), S(30,109), S(33,111),
119       S( 37,115), S( 38,119), S(48,124) },
120     { S(-43,-30), S(-27,-15), S( 1, -5), S( 2, -3), S(14, 10), S(18, 24), // Queens
121       S( 20, 27), S( 33, 37), S(33, 38), S(34, 43), S(40, 46), S(43, 56),
122       S( 46, 61), S( 52, 63), S(52, 63), S(57, 65), S(60, 70), S(61, 74),
123       S( 67, 80), S( 76, 82), S(77, 88), S(82, 94), S(86, 95), S(90, 96),
124       S( 94, 99), S( 96,100), S(99,111), S(99,112) }
125   };
126
127   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
128   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
129   const Score Outpost[][2] = {
130     { S(28, 7), S(42,11) }, // Knights
131     { S(12, 3), S(18, 5) }  // Bishops
132   };
133
134   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
135   // bonuses according to which piece type attacks which one.
136   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
137   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
138     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
139   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
140     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
141   };
142
143   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
144   // type is attacked by an enemy pawn.
145   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
146     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
147   };
148
149   // Passed[mg/eg][rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
150   // We don't use a Score because we process the two components independently.
151   const Value Passed[][RANK_NB] = {
152     { V(0), V( 1), V(34), V(90), V(214), V(328) },
153     { V(7), V(14), V(37), V(63), V(134), V(189) }
154   };
155
156   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
157
158   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
159   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
160   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
161   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
162   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
163   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
164   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
165   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
166   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
167   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
168   const Score Hanging            = S(31, 26);
169   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
170
171   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
172   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
173   // happen in Chess960 games.
174   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
175
176   #undef S
177   #undef V
178
179   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
180   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
181   // based on how many squares inside this area are safe and available for
182   // friendly minor pieces.
183   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
184     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
185     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
186   };
187
188   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
189   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
190   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
191   // index to KingDanger[].
192   Score KingDanger[512];
193
194   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
195   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
196
197   // Penalties for enemy's safe checks
198   const int QueenContactCheck = 89;
199   const int RookContactCheck  = 71;
200   const int QueenCheck        = 50;
201   const int RookCheck         = 37;
202   const int BishopCheck       = 6;
203   const int KnightCheck       = 14;
204
205
206   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
207   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
208
209   template<Color Us>
210   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
211
212     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
213     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
214
215     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
216     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
217     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
218
219     // Init king safety tables only if we are going to use them
220     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
221     {
222         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
223         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
224         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
225         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
226     }
227     else
228         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
229   }
230
231
232   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
233
234   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
235   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
236
237     Bitboard b;
238     Square s;
239     Score score = SCORE_ZERO;
240
241     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
242     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
243     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
244
245     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
246
247     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
248     {
249         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
250         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
251           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
252                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
253
254         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
255             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
256
257         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
258
259         if (b & ei.kingRing[Them])
260         {
261             ei.kingAttackersCount[Us]++;
262             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
263             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
264             if (bb)
265                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
266         }
267
268         if (Pt == QUEEN)
269             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
270                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
271                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
272
273         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
274
275         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
276
277         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
278         {
279             // Bonus for outpost square
280             if (   relative_rank(Us, s) >= RANK_4
281                 && !(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
282                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
283
284             // Bonus when behind a pawn
285             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
286                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
287                 score += MinorBehindPawn;
288
289             // Penalty for pawns on same color square of bishop
290             if (Pt == BISHOP)
291                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
292
293             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
294             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
295             // when that pawn is also blocked.
296             if (   Pt == BISHOP
297                 && pos.is_chess960()
298                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
299             {
300                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
301                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
302                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
303                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
304                                                                               : TrappedBishopA1H1;
305             }
306         }
307
308         if (Pt == ROOK)
309         {
310             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
311             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
312             {
313                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
314                 if (alignedPawns)
315                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
316             }
317
318             // Bonus when on an open or semi-open file
319             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
320                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
321
322             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
323             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
324             {
325                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
326
327                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
328                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
329                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
330                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
331             }
332         }
333     }
334
335     if (Trace)
336         Tracing::write(Pt, Us, score);
337
338     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
339     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
340   }
341
342   template<>
343   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
344   template<>
345   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
346
347
348   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
349
350   template<Color Us, bool Trace>
351   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
352
353     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
354
355     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
356     int attackUnits;
357     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
358
359     // King shelter and enemy pawns storm
360     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
361
362     // Main king safety evaluation
363     if (ei.kingAttackersCount[Them])
364     {
365         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
366         // apart from the king itself
367         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
368                     & ei.attackedBy[Us][KING]
369                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
370                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
371                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
372
373         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
374         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
375         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
376         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
377         // the pawn shelter (current 'score' value).
378         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
379                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
380                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
381                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
382                      - mg_value(score) / 8
383                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
384
385         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
386         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
387         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
388         if (b)
389         {
390             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
391             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
392                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
393
394             if (b)
395                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
396         }
397
398         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
399         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
400         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
401
402         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
403         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
404
405         if (b)
406         {
407             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
408             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
409                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP]);
410
411             if (b)
412                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
413         }
414
415         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
416         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
417
418         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
419         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
420
421         // Enemy queen safe checks
422         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
423         if (b)
424             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
425
426         // Enemy rooks safe checks
427         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
428         if (b)
429             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
430
431         // Enemy bishops safe checks
432         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
433         if (b)
434             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
435
436         // Enemy knights safe checks
437         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
438         if (b)
439             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
440
441         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
442         // array and subtract the score from evaluation.
443         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
444     }
445
446     if (Trace)
447         Tracing::write(KING, Us, score);
448
449     return score;
450   }
451
452
453   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
454   // and the type of attacked one.
455
456   template<Color Us, bool Trace>
457   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
458
459     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
460     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
461     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
462     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
463     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
464     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
465
466     enum { Defended, Weak };
467     enum { Minor, Major };
468
469     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
470     Score score = SCORE_ZERO;
471
472     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
473     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
474
475     if (weak)
476     {
477         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
478                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
479
480         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
481
482         if (weak ^ safeThreats)
483             score += ThreatenedByHangingPawn;
484
485         while (safeThreats)
486             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
487     }
488
489     // Non-pawn enemies defended by a pawn
490     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
491
492     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
493     if (defended)
494     {
495         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
496         while (b)
497             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
498
499         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
500         while (b)
501             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
502     }
503
504     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
505     weak =   pos.pieces(Them)
506           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
507           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
508
509     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
510     if (weak)
511     {
512         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
513         while (b)
514             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
515
516         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
517         while (b)
518             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
519
520         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
521         if (b)
522             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
523
524         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
525         if (b)
526             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
527     }
528
529     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
530     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
531     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
532
533     b &=  ~pos.pieces()
534         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
535         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
536
537     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
538        &  pos.pieces(Them)
539        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
540
541     if (b)
542         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
543
544     if (Trace)
545         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
546
547     return score;
548   }
549
550
551   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
552
553   template<Color Us, bool Trace>
554   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
555
556     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
557
558     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
559     Score score = SCORE_ZERO;
560
561     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
562
563     while (b)
564     {
565         Square s = pop_lsb(&b);
566
567         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
568
569         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
570         int rr = r * (r - 1);
571
572         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
573
574         if (rr)
575         {
576             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
577
578             // Adjust bonus based on the king's proximity
579             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
580                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
581
582             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
583             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
584                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
585
586             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
587             if (pos.empty(blockSq))
588             {
589                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
590                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
591                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
592                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
593
594                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
595
596                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
597                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
598
599                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
600                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
601
602                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
603                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
604                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
605
606                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
607                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
608                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
609                     k += 6;
610
611                 else if (defendedSquares & blockSq)
612                     k += 4;
613
614                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
615             }
616             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
617                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
618         } // rr != 0
619
620         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
621             ebonus += ebonus / 4;
622
623         score += make_score(mbonus, ebonus);
624     }
625
626     if (Trace)
627         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
628
629     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
630     return score * Weights[PassedPawns];
631   }
632
633
634   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
635   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
636   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
637   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
638   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
639   // improve play on game opening.
640   template<Color Us>
641   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
642
643     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
644
645     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
646     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
647     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
648     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
649                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
650                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
651                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
652
653     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
654     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
655     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
656     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
657
658     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
659     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
660
661     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
662     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
663     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
664                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
665
666     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
667   }
668
669
670   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
671
672   template<bool Trace>
673   Value do_evaluate(const Position& pos) {
674
675     assert(!pos.checkers());
676
677     EvalInfo ei;
678     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
679
680     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
681     // in the position object (material + piece square tables).
682     // Score is computed from the point of view of white.
683     score = pos.psq_score();
684
685     // Probe the material hash table
686     ei.mi = Material::probe(pos);
687     score += ei.mi->imbalance();
688
689     // If we have a specialized evaluation function for the current material
690     // configuration, call it and return.
691     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
692         return ei.mi->evaluate(pos);
693
694     // Probe the pawn hash table
695     ei.pi = Pawns::probe(pos);
696     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
697
698     // Initialize attack and king safety bitboards
699     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
700     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
701
702     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
703     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
704
705     // Pawns blocked or on ranks 2 and 3. Will be excluded from the mobility area
706     Bitboard blockedPawns[] = {
707       pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
708       pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
709     };
710
711     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns, or occupied
712     // by our blocked pawns or king.
713     Bitboard mobilityArea[] = {
714       ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
715       ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
716     };
717
718     // Evaluate pieces and mobility
719     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
720     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
721
722     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
723     // information when computing the king safety evaluation.
724     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
725             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
726
727     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
728     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
729             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
730
731     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
732     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
733             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
734
735     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
736     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
737     {
738         Bitboard b;
739         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
740             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
741
742         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
743             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
744     }
745
746     // Evaluate space for both sides, only during opening
747     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
748         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
749
750     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
751     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
752     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
753
754     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
755     // types of endgames, and use a lower scale for those.
756     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
757         && (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 is even more a draw.
763             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
764                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
765                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
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             else
770                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
771         }
772         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
773         // pawns are drawish.
774         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
775                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
776                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
777                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
778     }
779
780     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
781     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
782              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
783
784     v /= int(PHASE_MIDGAME);
785
786     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
787     if (Trace)
788     {
789         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
790         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
791         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
792         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
793                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
794         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
795                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
796         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
797     }
798
799     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
800   }
801
802
803   // Tracing functions
804
805   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
806
807   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
808
809   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
810     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
811   }
812
813   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
814
815     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
816     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
817
818     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
819         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
820     else
821         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
822            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
823
824     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
825        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
826
827     return os;
828   }
829
830   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
831
832     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
833
834     Value v = do_evaluate<true>(pos);
835     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
836
837     std::stringstream ss;
838     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
839        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
840        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
841        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
842        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
843        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
844        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
845        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
846        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
847        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
848        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
849        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
850        << "    King safety | " << Term(KING)
851        << "        Threats | " << Term(THREAT)
852        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
853        << "          Space | " << Term(SPACE)
854        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
855        << "          Total | " << Term(TOTAL);
856
857     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
858
859     return ss.str();
860   }
861
862 } // namespace
863
864
865 namespace Eval {
866
867   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
868   /// of the position always from the point of view of the side to move.
869
870   Value evaluate(const Position& pos) {
871     return do_evaluate<false>(pos);
872   }
873
874
875   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
876   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
877   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
878   /// debugging.
879   std::string trace(const Position& pos) {
880     return Tracing::do_trace(pos);
881   }
882
883
884   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
885
886   void init() {
887
888     const int MaxSlope = 8700;
889     const int Peak = 1280000;
890     int t = 0;
891
892     for (int i = 0; i < 400; ++i)
893     {
894         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
895         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
896     }
897   }
898
899 } // namespace Eval