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) 2015-2019 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 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 127   };
 128
 129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 133   };
 134
 135   // Assorted bonuses and penalties
 136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 144   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
 145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 155
 156 #undef S
 157
 158   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 159   template<Tracing T>
 160   class Evaluation {
 161
 162   public:
 163     Evaluation() = delete;
 164     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 165     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 166     Value value();
 167
 168   private:
 169     template<Color Us> void initialize();
 170     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 171     template<Color Us> Score king() const;
 172     template<Color Us> Score threats() const;
 173     template<Color Us> Score passed() const;
 174     template<Color Us> Score space() const;
 175     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 176     Score initiative(Value eg) const;
 177
 178     const Position& pos;
 179     Material::Entry* me;
 180     Pawns::Entry* pe;
 181     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 182     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 183
 184     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 185     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 186     // is also calculated is ALL_PIECES.
 187     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 188
 189     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 190     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 191     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 192
 193     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 194     // very near squares, depending on king position.
 195     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 196
 197     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 198     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 199     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 200
 201     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 202     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 203     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 204     // the KingAttackWeights array.
 205     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 206
 207     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 208     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 209     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 210     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 211     // to kingAttacksCount[WHITE].
 212     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 213   };
 214
 215
 216   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 217   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 218   template<Tracing T> template<Color Us>
 219   void Evaluation<T>::initialize() {
 220
 221     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 222     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 223     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 224     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 225
 226     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 227
 228     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 229
 230     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 231     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 232
 233     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 234     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 235     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 236
 237     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 238     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 239     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 240     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 241     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 242
 243     // Init our king safety tables
 244     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 245     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 246         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 247
 248     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 249         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 250
 251     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 252         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 253
 254     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 255     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 256
 257     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 258     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 259   }
 260
 261
 262   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 263   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 264   Score Evaluation<T>::pieces() {
 265
 266     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 267     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 268     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 269                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 270     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 271
 272     Bitboard b, bb;
 273     Score score = SCORE_ZERO;
 274
 275     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 276
 277     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 278     {
 279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 283
 284         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 285             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 286
 287         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 288         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 289         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 290
 291         if (b & kingRing[Them])
 292         {
 293             kingAttackersCount[Us]++;
 294             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 295             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 296         }
 297
 298         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 299
 300         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 301
 302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 303         {
 304             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 305             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 306             if (bb & s)
 307                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 308
 309             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 310                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
 311
 312             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 313             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 314                 score += MinorBehindPawn;
 315
 316             // Penalty if the piece is far from the king
 317             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 318
 319             if (Pt == BISHOP)
 320             {
 321                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 322                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 323                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 324
 325                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 326                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 327
 328                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 329                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 330                     score += LongDiagonalBishop;
 331             }
 332
 333             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 334             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 335             // when that pawn is also blocked.
 336             if (   Pt == BISHOP
 337                 && pos.is_chess960()
 338                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 339             {
 340                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 341                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 342                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 343                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 344                                                                               : CorneredBishop;
 345             }
 346         }
 347
 348         if (Pt == ROOK)
 349         {
 350             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 351             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 352                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 353
 354             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 355             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 356                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
 357
 358             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 359             else if (mob <= 3)
 360             {
 361                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 362                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 363                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 364             }
 365         }
 366
 367         if (Pt == QUEEN)
 368         {
 369             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 370             Bitboard queenPinners;
 371             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 372                 score -= WeakQueen;
 373         }
 374     }
 375     if (T)
 376         Trace::add(Pt, Us, score);
 377
 378     return score;
 379   }
 380
 381
 382   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 383   template<Tracing T> template<Color Us>
 384   Score Evaluation<T>::king() const {
 385
 386     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 387     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 388                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 389
 390     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 391     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 392     int kingDanger = 0;
 393     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 394
 395     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 396     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 397
 398     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 399     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 400           & ~attackedBy2[Us]
 401           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 402
 403     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 404     safe  = ~pos.pieces(Them);
 405     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 406
 407     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 408     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 409
 410     // Enemy rooks checks
 411     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 412
 413     if (rookChecks)
 414         kingDanger += RookSafeCheck;
 415     else
 416         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 417
 418     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 419     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 420     queenChecks =  (b1 | b2)
 421                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 422                  & safe
 423                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 424                  & ~rookChecks;
 425
 426     if (queenChecks)
 427         kingDanger += QueenSafeCheck;
 428
 429     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 430     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 431     bishopChecks =  b2
 432                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 433                   & safe
 434                   & ~queenChecks;
 435
 436     if (bishopChecks)
 437         kingDanger += BishopSafeCheck;
 438     else
 439         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 440
 441     // Enemy knights checks
 442     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 443
 444     if (knightChecks & safe)
 445         kingDanger += KnightSafeCheck;
 446     else
 447         unsafeChecks |= knightChecks;
 448
 449     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 450     // the square is in the attacker's mobility area.
 451     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 452
 453     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 454     // which are attacked twice in that flank.
 455     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 456     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 457
 458     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 459
 460     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 461                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 462                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 463                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 464                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 465                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 466                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 467                  -   6 * mg_value(score) / 8
 468                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 469                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 470                  -   7;
 471
 472     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 473     if (kingDanger > 100)
 474         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 475
 476     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 477     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 478         score -= PawnlessFlank;
 479
 480     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 481     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 482
 483     if (T)
 484         Trace::add(KING, Us, score);
 485
 486     return score;
 487   }
 488
 489
 490   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 491   // attacking and the attacked pieces.
 492   template<Tracing T> template<Color Us>
 493   Score Evaluation<T>::threats() const {
 494
 495     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 496     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 497     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 498
 499     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 500     Score score = SCORE_ZERO;
 501
 502     // Non-pawn enemies
 503     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 504
 505     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 506     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 507     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 508                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 509
 510     // Non-pawn enemies, strongly protected
 511     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 512
 513     // Enemies not strongly protected and under our attack
 514     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 515
 516     // Safe or protected squares
 517     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 518
 519     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 520     if (defended | weak)
 521     {
 522         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 523         while (b)
 524         {
 525             Square s = pop_lsb(&b);
 526             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 527             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 528                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 529         }
 530
 531         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 532         while (b)
 533         {
 534             Square s = pop_lsb(&b);
 535             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 536             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 537                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 538         }
 539
 540         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 541             score += ThreatByKing;
 542
 543         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 544            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 545         score += Hanging * popcount(weak & b);
 546     }
 547
 548     // Bonus for restricting their piece moves
 549     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 550        & ~stronglyProtected
 551        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 552
 553     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 554
 555     // Find squares where our pawns can push on the next move
 556     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 557     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 558
 559     // Keep only the squares which are relatively safe
 560     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 561
 562     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 563     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 564     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 565
 566     // Our safe or protected pawns
 567     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 568
 569     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 570     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 571
 572     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 573     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 574     {
 575         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 576         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 577
 578         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 579
 580         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 581
 582         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 583            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 584
 585         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 586     }
 587
 588     if (T)
 589         Trace::add(THREAT, Us, score);
 590
 591     return score;
 592   }
 593
 594   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 595   // pawns of the given color.
 596
 597   template<Tracing T> template<Color Us>
 598   Score Evaluation<T>::passed() const {
 599
 600     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 601     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 602
 603     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 604       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 605     };
 606
 607     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 608     Score score = SCORE_ZERO;
 609
 610     b = pe->passed_pawns(Us);
 611
 612     while (b)
 613     {
 614         Square s = pop_lsb(&b);
 615
 616         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 617
 618         int r = relative_rank(Us, s);
 619
 620         Score bonus = PassedRank[r];
 621
 622         if (r > RANK_3)
 623         {
 624             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 625             Square blockSq = s + Up;
 626
 627             // Adjust bonus based on the king's proximity
 628             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 629                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 630
 631             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 632             if (r != RANK_7)
 633                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 634
 635             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 636             if (pos.empty(blockSq))
 637             {
 638                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 639                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 640                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 641                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 642
 643                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 644
 645                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 646                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 647
 648                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 649                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 650
 651                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 652                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 653                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 654
 655                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
 656                 if (defendedSquares & blockSq)
 657                     k += 5;
 658
 659                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 660             }
 661         } // r > RANK_3
 662
 663         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 664         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 665         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 666             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 667             bonus = bonus / 2;
 668
 669         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 670     }
 671
 672     if (T)
 673         Trace::add(PASSED, Us, score);
 674
 675     return score;
 676   }
 677
 678
 679   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 680   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 681   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 682   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 683   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 684   // improve play on game opening.
 685
 686   template<Tracing T> template<Color Us>
 687   Score Evaluation<T>::space() const {
 688
 689     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 690         return SCORE_ZERO;
 691
 692     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 693     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 694     constexpr Bitboard SpaceMask =
 695       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 696                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 697
 698     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 699     Bitboard safe =   SpaceMask
 700                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 701                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 702
 703     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 704     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 705     behind |= shift<Down>(behind);
 706     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 707
 708     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 709     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 710     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 711
 712     if (T)
 713         Trace::add(SPACE, Us, score);
 714
 715     return score;
 716   }
 717
 718
 719   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 720   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 721   // known attacking/defending status of the players.
 722
 723   template<Tracing T>
 724   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 725
 726     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 727                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 728
 729     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 730                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 731
 732     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 733     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 734                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 735                     +  9 * outflanking
 736                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 737                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 738                     -103 ;
 739
 740     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 741     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 742     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 743     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 744
 745     if (T)
 746         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 747
 748     return make_score(0, v);
 749   }
 750
 751
 752   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 753
 754   template<Tracing T>
 755   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 756
 757     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 758     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 759
 760     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 761     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 762     {
 763         if (   pos.opposite_bishops()
 764             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 765             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 766         else
 767             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 768
 769     }
 770
 771     return ScaleFactor(sf);
 772   }
 773
 774
 775   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 776   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 777   // of view of the side to move.
 778
 779   template<Tracing T>
 780   Value Evaluation<T>::value() {
 781
 782     assert(!pos.checkers());
 783
 784     // Probe the material hash table
 785     me = Material::probe(pos);
 786
 787     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 788     // configuration, call it and return.
 789     if (me->specialized_eval_exists())
 790         return me->evaluate(pos);
 791
 792     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 793     // the position object (material + piece square tables) and the material
 794     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 795     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 796
 797     // Probe the pawn hash table
 798     pe = Pawns::probe(pos);
 799     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 800
 801     // Early exit if score is high
 802     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 803     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 804        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 805
 806     // Main evaluation begins here
 807
 808     initialize<WHITE>();
 809     initialize<BLACK>();
 810
 811     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 812     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 813             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 814             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 815             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 816
 817     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 818
 819     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 820             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 821             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 822             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 823
 824     score += initiative(eg_value(score));
 825
 826     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 827     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 828     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 829        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 830
 831     v /= PHASE_MIDGAME;
 832
 833     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 834     if (T)
 835     {
 836         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 837         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 838         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 839         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 840         Trace::add(TOTAL, score);
 841     }
 842
 843     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 844            + Eval::Tempo;
 845   }
 846
 847 } // namespace
 848
 849
 850 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 851 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 852
 853 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 854   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 855 }
 856
 857
 858 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 859 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 860 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 861
 862 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 863
 864   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 865
 866   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 867
 868   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 869
 870   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 871
 872   std::stringstream ss;
 873   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 874      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 875      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 876      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 877      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 878      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 879      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 880      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 881      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 882      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 883      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 884      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 885      << " King safety | " << Term(KING)
 886      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 887      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 888      << "       Space | " << Term(SPACE)
 889      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 890      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 891      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 892
 893   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 894
 895   return ss.str();
 896 }