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) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  79
  80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
  81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
  82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
  83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
  84
  85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  92
  93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 100     // KingAttackWeights array.
 101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 102
 103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 109
 110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 111     Material::Entry* me;
 112     Pawns::Entry* pi;
 113   };
 114
 115   #define V(v) Value(v)
 116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 117
 118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 120   const Score MobilityBonus[][32] = {
 121     {}, {},
 122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 135   };
 136
 137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 139   const Score Outpost[][2] = {
 140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 142   };
 143
 144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 146   // if outpost square is supported by a pawn.
 147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 150   };
 151
 152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 153   // friendly pawn on the rook file.
 154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 155
 156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
 160   };
 161
 162   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 163   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 164   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 165   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 166     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 167     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 168   };
 169
 170   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 171   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 172   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 173
 174   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 175   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 176   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 177     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 178     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 179   };
 180
 181   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 182   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 183     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 184     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 185   };
 186
 187   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 188   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 189   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 190   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 191   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 192   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
 193   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
 194   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 195   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 196   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 197   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
 198   const Score Hanging             = S(48, 27);
 199   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 200   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 201   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
 202   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
 203
 204   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 205   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 206   // happen in Chess960 games.
 207   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 208
 209   #undef S
 210   #undef V
 211
 212   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 213   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 214
 215   // Penalties for enemy's safe checks
 216   const int QueenContactCheck = 997;
 217   const int QueenCheck        = 695;
 218   const int RookCheck         = 638;
 219   const int BishopCheck       = 538;
 220   const int KnightCheck       = 874;
 221
 222
 223   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 224   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 225
 226   template<Color Us>
 227   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 228
 229     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 230     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 231
 232     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 233     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
 234     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 235     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 236     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
 237
 238     // Init king safety tables only if we are going to use them
 239     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 240     {
 241         ei.kingRing[Them] = b | shift<Down>(b);
 242         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 243         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
 244         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 245     }
 246     else
 247         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 248   }
 249
 250
 251   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 252   // color and type.
 253
 254   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 255   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 256                         const Bitboard* mobilityArea) {
 257     Bitboard b, bb;
 258     Square s;
 259     Score score = SCORE_ZERO;
 260
 261     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 262     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 263     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 264                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 265     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 266
 267     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 268
 269     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 270     {
 271         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 272         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 273           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 274                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 275
 276         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 277             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 278
 279         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 280         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 281
 282         if (b & ei.kingRing[Them])
 283         {
 284             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 285             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 286             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 287         }
 288
 289         if (Pt == QUEEN)
 290             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 291                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 292                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 293
 294         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 295
 296         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 297
 298         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 299         {
 300             // Bonus for outpost squares
 301             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 302             if (bb & s)
 303                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 304             else
 305             {
 306                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 307                 if (bb)
 308                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 309             }
 310
 311             // Bonus when behind a pawn
 312             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 313                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 314                 score += MinorBehindPawn;
 315
 316             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 317             if (Pt == BISHOP)
 318                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 319
 320             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 321             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 322             // when that pawn is also blocked.
 323             if (   Pt == BISHOP
 324                 && pos.is_chess960()
 325                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 326             {
 327                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 328                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 329                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 330                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 331                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 332             }
 333         }
 334
 335         if (Pt == ROOK)
 336         {
 337             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 338             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 339                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 340
 341             // Bonus when on an open or semi-open file
 342             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 343                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 344
 345             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 346             else if (mob <= 3)
 347             {
 348                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 349
 350                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 351                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 352                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 353                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 354             }
 355         }
 356
 357         if (Pt == QUEEN)
 358         {
 359             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 360             Bitboard pinners;
 361             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 362                 score -= WeakQueen;
 363         }
 364     }
 365
 366     if (DoTrace)
 367         Trace::add(Pt, Us, score);
 368
 369     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 370     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 371   }
 372
 373   template<>
 374   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 375   template<>
 376   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 377
 378
 379   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 380
 381   const Bitboard WhiteCamp = Rank1BB | Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB;
 382   const Bitboard BlackCamp = Rank8BB | Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB;
 383   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
 384   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 385   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
 386
 387   const Bitboard KingFlank[COLOR_NB][FILE_NB] = {
 388     { QueenSide   & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, CenterFiles & WhiteCamp,
 389       CenterFiles & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide    & WhiteCamp },
 390     { QueenSide   & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, CenterFiles & BlackCamp,
 391       CenterFiles & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide    & BlackCamp },
 392   };
 393
 394   template<Color Us, bool DoTrace>
 395   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 396
 397     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 398     const Square  Up = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 399
 400     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 401     int kingDanger;
 402     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 403
 404     // King shelter and enemy pawns storm
 405     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 406
 407     // Main king safety evaluation
 408     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 409     {
 410         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 411         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 412                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 413                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 414
 415         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 416         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 417            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 418
 419         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 420         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 421         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 422         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 423         // the pawn shelter (current 'score' value).
 424         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 425                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 426                     + 235 * popcount(undefended)
 427                     + 134 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 428                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 429                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
 430
 431         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 432         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 433         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 434
 435         // ...and keep squares supported by another enemy piece
 436         kingDanger += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
 437
 438         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 439         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 440
 441         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 442         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 443         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 444                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 445
 446         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 447         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 448
 449         // Enemy queen safe checks
 450         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 451             kingDanger += QueenCheck, score -= SafeCheck;
 452
 453         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
 454         // and only defended by a queen.
 455         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 456                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 457                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 458
 459         // Enemy rooks safe and other checks
 460         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 461             kingDanger += RookCheck, score -= SafeCheck;
 462
 463         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 464             score -= OtherCheck;
 465
 466         // Enemy bishops safe and other checks
 467         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 468             kingDanger += BishopCheck, score -= SafeCheck;
 469
 470         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 471             score -= OtherCheck;
 472
 473         // Enemy knights safe and other checks
 474         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 475         if (b & safe)
 476             kingDanger += KnightCheck, score -= SafeCheck;
 477
 478         else if (b & other)
 479             score -= OtherCheck;
 480
 481         // Compute the king danger score and subtract it from the evaluation
 482         if (kingDanger > 0)
 483             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
 484     }
 485
 486     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 487     File kf = file_of(ksq);
 488     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[Us][kf];
 489
 490     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 491     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 492
 493     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 494     // which are not defended by our pawns.
 495     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 496        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 497
 498     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 499
 500     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 501     if (!(pos.pieces(PAWN) & (KingFlank[WHITE][kf] | KingFlank[BLACK][kf])))
 502         score -= PawnlessFlank;
 503
 504     if (DoTrace)
 505         Trace::add(KING, Us, score);
 506
 507     return score;
 508   }
 509
 510
 511   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 512   // and the attacked pieces.
 513
 514   template<Color Us, bool DoTrace>
 515   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 516
 517     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 518     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 519     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 520     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 521     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
 522     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
 523
 524     enum { Minor, Rook };
 525
 526     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 527     Score score = SCORE_ZERO;
 528
 529     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 530     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 531         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 532         score += LooseEnemies;
 533
 534     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 535     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 536
 537     if (weak)
 538     {
 539         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 540                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 541
 542         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 543
 544         if (weak ^ safeThreats)
 545             score += ThreatByHangingPawn;
 546
 547         while (safeThreats)
 548             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 549     }
 550
 551     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 552     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 553
 554     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 555     weak =   pos.pieces(Them)
 556           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 557           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 558
 559     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 560     if (defended | weak)
 561     {
 562         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 563         while (b)
 564             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 565
 566         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 567         while (b)
 568             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 569
 570         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 571
 572         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 573         if (b)
 574             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 575     }
 576
 577     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 578     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 579     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 580
 581     b &=  ~pos.pieces()
 582         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 583         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 584
 585     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 586        &  pos.pieces(Them)
 587        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 588
 589     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 590
 591     if (DoTrace)
 592         Trace::add(THREAT, Us, score);
 593
 594     return score;
 595   }
 596
 597
 598   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 599
 600   template<Color Us, bool DoTrace>
 601   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 602
 603     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 604
 605     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 606     Score score = SCORE_ZERO;
 607
 608     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 609
 610     while (b)
 611     {
 612         Square s = pop_lsb(&b);
 613
 614         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 615         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
 616
 617         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 618         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 619
 620         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 621         int rr = r * (r - 1);
 622
 623         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 624
 625         if (rr)
 626         {
 627             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 628
 629             // Adjust bonus based on the king's proximity
 630             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 631                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 632
 633             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 634             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 635                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 636
 637             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 638             if (pos.empty(blockSq))
 639             {
 640                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 641                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 642                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 643                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 644
 645                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 646
 647                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 648                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 649
 650                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 651                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 652
 653                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 654                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 655                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 656
 657                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 658                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 659                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 660                     k += 6;
 661
 662                 else if (defendedSquares & blockSq)
 663                     k += 4;
 664
 665                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 666             }
 667             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 668                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 669         } // rr != 0
 670
 671         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 672     }
 673
 674     if (DoTrace)
 675         Trace::add(PASSED, Us, score);
 676
 677     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 678     return score;
 679   }
 680
 681
 682   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 683   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 684   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 685   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 686   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 687   // improve play on game opening.
 688   template<Color Us>
 689   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 690
 691     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 692     const Bitboard SpaceMask =
 693       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 694                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 695
 696     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 697     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 698     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 699     Bitboard safe =   SpaceMask
 700                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 701                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 702                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 703
 704     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 705     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 706     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 707     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 708
 709     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 710     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 711
 712     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 713     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 714     bonus = std::min(16, bonus);
 715     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pi->open_files();
 716
 717     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
 718   }
 719
 720
 721   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 722   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 723   // status of the players.
 724   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 725
 726     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 727                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 728     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 729
 730     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 731     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 732
 733     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 734     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 735     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 736     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 737
 738     return make_score(0, value);
 739   }
 740
 741
 742   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 743   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 744
 745     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 746     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 747
 748     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 749     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 750     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 751         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 752     {
 753         if (pos.opposite_bishops())
 754         {
 755             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 756             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 757             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 758                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 759                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 760
 761             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 762             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 763             else
 764                 sf = ScaleFactor(46);
 765         }
 766         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 767         // pawns are drawish.
 768         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 769                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 770                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 771             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 772     }
 773
 774     return sf;
 775   }
 776
 777 } // namespace
 778
 779
 780 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 781 /// of the position from the point of view of the side to move.
 782
 783 template<bool DoTrace>
 784 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 785
 786   assert(!pos.checkers());
 787
 788   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 789   EvalInfo ei;
 790
 791   // Probe the material hash table
 792   ei.me = Material::probe(pos);
 793
 794   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 795   // configuration, call it and return.
 796   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 797       return ei.me->evaluate(pos);
 798
 799   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 800   // the position object (material + piece square tables) and the material
 801   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 802   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
 803
 804   // Probe the pawn hash table
 805   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 806   score += ei.pi->pawns_score();
 807
 808   // Initialize attack and king safety bitboards
 809   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 810   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
 811   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
 812   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 813   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 814
 815   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 816   Bitboard blockedPawns[] = {
 817     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift<SOUTH>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 818     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift<NORTH>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 819   };
 820
 821   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 822   // by our blocked pawns or king.
 823   Bitboard mobilityArea[] = {
 824     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 825     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 826   };
 827
 828   // Evaluate all pieces but king and pawns
 829   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 830   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 831
 832   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 833   // information when computing the king safety evaluation.
 834   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 835           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 836
 837   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 838   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 839           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 840
 841   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 842   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 843           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 844
 845   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 846   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 847   {
 848       Bitboard b;
 849       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 850           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 851
 852       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 853           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 854   }
 855
 856   // Evaluate space for both sides, only during opening
 857   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 858       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 859               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 860
 861   // Evaluate position potential for the winning side
 862   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 863
 864   // Evaluate scale factor for the winning side
 865   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 866
 867   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 868   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 869            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 870
 871   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 872
 873   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 874   if (DoTrace)
 875   {
 876       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 877       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 878       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 879       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 880       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 881                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 882       Trace::add(TOTAL, score);
 883   }
 884
 885   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 886 }
 887
 888 // Explicit template instantiations
 889 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 890 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 891
 892
 893 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 894 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 895 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 896
 897 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 898
 899   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 900
 901   Value v = evaluate<true>(pos);
 902   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 903
 904   std::stringstream ss;
 905   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 906      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 907      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 908      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 909      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 910      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 911      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 912      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 913      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 914      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 915      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 916      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 917      << "    King safety | " << Term(KING)
 918      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 919      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 920      << "          Space | " << Term(SPACE)
 921      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 922      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 923
 924   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 925
 926   return ss.str();
 927 }