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
   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 Trace {
  34
  35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
  36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  37     };
  38
  39     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  40
  41     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  42
  43     void add(int idx, Color c, Score s) {
  44       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  45       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  46     }
  47
  48     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  49       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  50     }
  51
  52     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  53
  54       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  55           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  56       else
  57           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  58              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  59              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  61
  62       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  63          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  64
  65       return os;
  66     }
  67   }
  68
  69   using namespace Trace;
  70
  71   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  72   // by the evaluation functions.
  73   struct EvalInfo {
  74
  75     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  76     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  77     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  78
  79     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  80     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  81     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  82     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  83     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  84     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  85     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  86
  87     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  88     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  89     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  90
  91     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
  92     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  93     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  94     // KingAttackWeights array.
  95     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  98     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
  99     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 100     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 101     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 102     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 103
 104     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 105     Pawns::Entry* pi;
 106   };
 107
 108
 109   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
 110   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety, Threats };
 111
 112   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
 113     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}, {350, 256}
 114   };
 115
 116   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
 117     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
 118   }
 119
 120
 121   #define V(v) Value(v)
 122   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 123
 124   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 125   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
 126   // friendly pieces.
 127   const Score MobilityBonus[][32] = {
 128     {}, {},
 129     { S(-70,-52), S(-52,-37), S( -7,-17), S(  0, -6), S(  8,  5), S( 16,  9), // Knights
 130       S( 23, 20), S( 31, 21), S( 36, 22) },
 131     { S(-49,-44), S(-22,-13), S( 16,  0), S( 27, 11), S( 38, 19), S( 52, 34), // Bishops
 132       S( 56, 44), S( 65, 47), S( 67, 51), S( 73, 56), S( 81, 59), S( 83, 69),
 133       S( 95, 72), S(100, 75) },
 134     { S(-49,-57), S(-22,-14), S(-10, 18), S( -5, 39), S( -4, 50), S( -2, 58), // Rooks
 135       S(  6, 78), S( 11, 86), S( 17, 92), S( 19,103), S( 26,111), S( 27,115),
 136       S( 36,119), S( 41,121), S( 50,122) },
 137     { S(-41,-24), S(-26, -8), S(  0,  6), S(  2, 14), S( 12, 27), S( 21, 40), // Queens
 138       S( 22, 45), S( 37, 55), S( 40, 57), S( 43, 63), S( 50, 68), S( 52, 74),
 139       S( 56, 80), S( 66, 84), S( 68, 85), S( 69, 88), S( 71, 92), S( 72, 94),
 140       S( 80, 96), S( 89, 98), S( 94,101), S(102,113), S(106,114), S(107,116),
 141       S(112,125), S(113,127), S(117,137), S(122,143) }
 142   };
 143
 144   // Mask of allowed outpost squares indexed by color
 145   const Bitboard OutpostMask[COLOR_NB] = {
 146     Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB, Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB
 147   };
 148
 149   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 150   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 151   const Score Outpost[][2] = {
 152     { S(42,11), S(63,17) }, // Knights
 153     { S(18, 5), S(27, 8) }  // Bishops
 154   };
 155
 156   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 157   // bishops which can reach a outpost square in one move, bigger if outpost square is supported by a pawn.
 158   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 159     { S(21, 5), S(31, 8) }, // Knights
 160     { S( 8, 2), S(13, 4) }  // Bishops
 161   };
 162
 163   // Threat[minor/rook][attacked PieceType] contains
 164   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 165   // Attacks on lesser pieces which are pawn defended are not considered.
 166   const Score Threat[2][PIECE_TYPE_NB] = {
 167    { S(0, 0), S(0, 32), S(25, 39), S(28, 44), S(42, 98), S(35,105) }, // Minor attacks
 168    { S(0, 0), S(0, 27), S(26, 57), S(26, 57), S( 0, 30), S(23, 51) }  // Rook attacks
 169   };
 170
 171   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
 172   // type is attacked by a pawn.
 173   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 174     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
 175   };
 176
 177   // Passed[mg/eg][rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 178   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 179   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 180     { V(0), V( 1), V(34), V(90), V(214), V(328) },
 181     { V(7), V(14), V(37), V(63), V(134), V(189) }
 182   };
 183
 184   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn.
 185   const Score PassedFile[] = {
 186     S( 12,  10), S( 3, 10), S( 1, -8), S(-27, -12),
 187     S(-27, -12), S( 1, -8), S( 3, 10), S( 12,  10)
 188   };
 189
 190   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
 191
 192   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 193   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
 194   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
 195   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
 196   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
 197   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
 198   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
 199   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
 200   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
 201   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
 202   const Score Hanging            = S(31, 26);
 203   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
 204   const Score Checked            = S(20, 20);
 205
 206   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 207   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 208   // happen in Chess960 games.
 209   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 210
 211   #undef S
 212   #undef V
 213
 214   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
 215   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
 216   // based on how many squares inside this area are safe and available for
 217   // friendly minor pieces.
 218   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
 219     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
 220     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
 221   };
 222
 223   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 224   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 225   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 226   // index to KingDanger[].
 227   Score KingDanger[512];
 228
 229   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 230   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 231
 232   // Penalties for enemy's safe checks
 233   const int QueenContactCheck = 89;
 234   const int QueenCheck        = 50;
 235   const int RookCheck         = 45;
 236   const int BishopCheck       = 6;
 237   const int KnightCheck       = 14;
 238
 239
 240   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
 241   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 242
 243   template<Color Us>
 244   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 245
 246     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 247     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 248
 249     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 250     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 251     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 252     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 253
 254     // Init king safety tables only if we are going to use them
 255     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 256     {
 257         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 258         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 259         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 260         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 261     }
 262     else
 263         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 264   }
 265
 266
 267   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
 268
 269   template<PieceType Pt, Color Us, bool DoTrace>
 270   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, const Bitboard* mobilityArea) {
 271
 272     Bitboard b, bb;
 273     Square s;
 274     Score score = SCORE_ZERO;
 275
 276     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 277     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 278     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 279
 280     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 281
 282     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 283     {
 284         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 285         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 286           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 287                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 288
 289         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 290             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 291
 292         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 293
 294         if (b & ei.kingRing[Them])
 295         {
 296             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 297             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 298             bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 299             if (bb)
 300                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 301         }
 302
 303         if (Pt == QUEEN)
 304             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 305                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 306                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 307
 308         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
 309
 310         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 311
 312         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 313         {
 314             // Bonus for outpost squares
 315             bb = OutpostMask[Us] & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 316             if (bb & s)
 317                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 318             else
 319             {
 320                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 321                 if (bb)
 322                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 323             }
 324
 325             // Bonus when behind a pawn
 326             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 327                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 328                 score += MinorBehindPawn;
 329
 330             // Penalty for pawns on same color square of bishop
 331             if (Pt == BISHOP)
 332                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 333
 334             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 335             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 336             // when that pawn is also blocked.
 337             if (   Pt == BISHOP
 338                 && pos.is_chess960()
 339                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 340             {
 341                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 342                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 343                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 344                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 345                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 346             }
 347         }
 348
 349         if (Pt == ROOK)
 350         {
 351             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 352             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 353             {
 354                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 355                 if (alignedPawns)
 356                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
 357             }
 358
 359             // Bonus when on an open or semi-open file
 360             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 361                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
 362
 363             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
 364             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 365             {
 366                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 367
 368                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 369                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 370                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 371                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 372             }
 373         }
 374     }
 375
 376     if (DoTrace)
 377         Trace::add(Pt, Us, score);
 378
 379     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
 380     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 381   }
 382
 383   template<>
 384   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 385   template<>
 386   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 387
 388
 389   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 390
 391   template<Color Us, bool DoTrace>
 392   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 393
 394     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 395
 396     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 397     int attackUnits;
 398     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 399
 400     // King shelter and enemy pawns storm
 401     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 402
 403     // Main king safety evaluation
 404     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 405     {
 406         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 407         // apart from the king itself
 408         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 409                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 410                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 411                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 412                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 413
 414         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 415         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 416         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 417         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 418         // the pawn shelter (current 'score' value).
 419         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 420                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 421                      + 27 * popcount<Max15>(undefended)
 422                      + 11 * !!ei.pinnedPieces[Us]
 423                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 424                      - mg_value(score) / 8;
 425
 426         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 427         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 428         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 429         if (b)
 430         {
 431             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 432             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 433                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
 434                 | ei.attackedBy[Them][KING];
 435
 436             if (b)
 437                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 438         }
 439
 440         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 441         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 442
 443         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 444         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 445
 446         // Enemy queen safe checks
 447         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 448         if (b)
 449         {
 450             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 451             score -= Checked;
 452         }
 453
 454         // Enemy rooks safe checks
 455         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 456         if (b)
 457         {
 458             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 459             score -= Checked;
 460         }
 461
 462         // Enemy bishops safe checks
 463         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 464         if (b)
 465         {
 466             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 467             score -= Checked;
 468         }
 469
 470         // Enemy knights safe checks
 471         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 472         if (b)
 473         {
 474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 475             score -= Checked;
 476         }
 477
 478         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 479         // array and subtract the score from evaluation.
 480         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 481     }
 482
 483     if (DoTrace)
 484         Trace::add(KING, Us, score);
 485
 486     return score;
 487   }
 488
 489
 490   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
 491   // and the type of attacked one.
 492
 493   template<Color Us, bool DoTrace>
 494   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 495
 496     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 497     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 498     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 499     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 500     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 501     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 502
 503     enum { Minor, Rook };
 504
 505     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 506     Score score = SCORE_ZERO;
 507
 508     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 509     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 510
 511     if (weak)
 512     {
 513         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 514                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 515
 516         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 517
 518         if (weak ^ safeThreats)
 519             score += ThreatenedByHangingPawn;
 520
 521         while (safeThreats)
 522             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 523     }
 524
 525     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 526     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 527
 528     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 529     weak =   pos.pieces(Them)
 530           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 531           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 532
 533     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 534     if (defended | weak)
 535     {
 536         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 537         while (b)
 538             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 539
 540         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 541         while (b)
 542             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 543
 544         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 545         if (b)
 546             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
 547
 548         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 549         if (b)
 550             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
 551     }
 552
 553     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 554     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 555     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 556
 557     b &=  ~pos.pieces()
 558         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 559         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 560
 561     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 562        &  pos.pieces(Them)
 563        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 564
 565     if (b)
 566         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
 567
 568     if (DoTrace)
 569         Trace::add(THREAT, Us, score * Weights[Threats]);
 570
 571     return score * Weights[Threats];
 572   }
 573
 574
 575   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 576
 577   template<Color Us, bool DoTrace>
 578   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 579
 580     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 581
 582     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 583     Score score = SCORE_ZERO;
 584
 585     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 586
 587     while (b)
 588     {
 589         Square s = pop_lsb(&b);
 590
 591         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 592
 593         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 594         int rr = r * (r - 1);
 595
 596         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 597
 598         if (rr)
 599         {
 600             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 601
 602             // Adjust bonus based on the king's proximity
 603             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 604                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 605
 606             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 607             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 608                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 609
 610             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 611             if (pos.empty(blockSq))
 612             {
 613                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 614                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 615                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 616                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 617
 618                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 619
 620                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 621                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 622
 623                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 624                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 625
 626                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 627                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 628                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 629
 630                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
 631                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 632                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 633                     k += 6;
 634
 635                 else if (defendedSquares & blockSq)
 636                     k += 4;
 637
 638                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 639             }
 640             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 641                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
 642         } // rr != 0
 643
 644         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 645             ebonus += ebonus / 4;
 646
 647         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 648     }
 649
 650     if (DoTrace)
 651         Trace::add(PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
 652
 653     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 654     return score * Weights[PassedPawns];
 655   }
 656
 657
 658   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 659   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 660   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 661   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 662   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 663   // improve play on game opening.
 664   template<Color Us>
 665   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 666
 667     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 668
 669     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 670     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 671     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 672     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
 673                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 674                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 675                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 676
 677     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 678     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 679     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 680     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 681
 682     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 683     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 684
 685     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 686     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 687     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 688                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 689
 690     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
 691   }
 692
 693
 694   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 695   // position, i.e. second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 696   // status of the players.
 697   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 698
 699     int kingDistance = distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 700     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 701
 702     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 703     int initiative = 8 * (pawns + asymmetry + kingDistance - 15);
 704
 705     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 706     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 707     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 708     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 709
 710     return make_score(0, value);
 711   }
 712
 713 } // namespace
 714
 715
 716 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 717 /// of the position always from the point of view of the side to move.
 718
 719 template<bool DoTrace>
 720 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 721
 722   assert(!pos.checkers());
 723
 724   EvalInfo ei;
 725   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 726
 727   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
 728   // in the position object (material + piece square tables).
 729   // Score is computed from the point of view of white.
 730   score = pos.psq_score();
 731
 732   // Probe the material hash table
 733   Material::Entry* me = Material::probe(pos);
 734   score += me->imbalance();
 735
 736   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 737   // configuration, call it and return.
 738   if (me->specialized_eval_exists())
 739       return me->evaluate(pos);
 740
 741   // Probe the pawn hash table
 742   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 743   score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
 744
 745   // Initialize attack and king safety bitboards
 746   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 747   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
 748   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
 749
 750   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3. Will be excluded from the mobility area
 751   Bitboard blockedPawns[] = {
 752     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 753     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 754   };
 755
 756   // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns, or occupied
 757   // by our blocked pawns or king.
 758   Bitboard mobilityArea[] = {
 759     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 760     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 761   };
 762
 763   // Evaluate pieces and mobility
 764   score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 765   score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
 766
 767   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
 768   // information when computing the king safety evaluation.
 769   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 770           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 771
 772   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 773   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 774           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 775
 776   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 777   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 778           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 779
 780   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 781   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 782   {
 783       Bitboard b;
 784       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 785           score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
 786
 787       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 788           score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
 789   }
 790
 791   // Evaluate space for both sides, only during opening
 792   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 793       score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
 794
 795   // Evaluate position potential for the winning side
 796   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 797
 798   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
 799   Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 800   ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 801
 802   // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 803   // types of endgames, and use a lower scale for those.
 804   if (    me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 805       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 806   {
 807       if (pos.opposite_bishops())
 808       {
 809           // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 810           // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
 811           if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 812               && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 813               sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 814
 815           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 816           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 817           else
 818               sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 819       }
 820       // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 821       // pawns are drawish.
 822       else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
 823                &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 824                && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 825           sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
 826   }
 827
 828   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 829   Value v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 830            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 831
 832   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 833
 834   // In case of tracing add all single evaluation terms
 835   if (DoTrace)
 836   {
 837       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 838       Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 839       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 840       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
 841                          , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
 842       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
 843                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
 844       Trace::add(TOTAL, score);
 845   }
 846
 847   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 848 }
 849
 850 // Explicit template instantiations
 851 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 852 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 853
 854
 855 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 856 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 857 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 858
 859 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 860
 861   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 862
 863   Value v = evaluate<true>(pos);
 864   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 865
 866   std::stringstream ss;
 867   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 868      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 869      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 870      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 871      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 872      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 873      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 874      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 875      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 876      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 877      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 878      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 879      << "    King safety | " << Term(KING)
 880      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 881      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 882      << "          Space | " << Term(SPACE)
 883      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 884      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 885
 886   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 887
 888   return ss.str();
 889 }
 890
 891
 892 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 893
 894 void Eval::init() {
 895
 896   const int MaxSlope = 8700;
 897   const int Peak = 1280000;
 898   int t = 0;
 899
 900   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 901   {
 902       t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
 903       KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
 904   }
 905 }