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     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  81     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  82     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  83     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  84     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  85     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  86     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  87
  88     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  89     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  90     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  91
  92     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  93     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  94     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  95     // KingAttackWeights array.
  96     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  97
  98     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  99     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 100     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 101     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 102     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 103     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 104
 105     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 106     Material::Entry* me;
 107     Pawns::Entry* pi;
 108   };
 109
 110   #define V(v) Value(v)
 111   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 112
 113   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 114   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 115   const Score MobilityBonus[][32] = {
 116     {}, {},
 117     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 118       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 119     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 120       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 121       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 122     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 123       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 124       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 125     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 126       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 127       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 128       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 129       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 130   };
 131
 132   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 133   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 134   const Score Outpost[][2] = {
 135     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 136     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 137   };
 138
 139   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 140   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 141   // if outpost square is supported by a pawn.
 142   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 143     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 144     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 145   };
 146
 147   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 148   // friendly pawn on the rook file.
 149   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 150
 151   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 152   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 153   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 154     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
 155
 156   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 157   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 158   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 159   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 160     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 161     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 162   };
 163
 164   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 165   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 166   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 167
 168   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 169   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 170   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 171     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 172     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 173   };
 174
 175   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 176   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 177     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 178     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 179   };
 180
 181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 182   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 183   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 184   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 185   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 186   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
 187   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 188   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 189   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 190   const Score Hanging             = S(48, 27);
 191   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 192   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 193
 194   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 195   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 196   // happen in Chess960 games.
 197   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 198
 199   #undef S
 200   #undef V
 201
 202   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 203   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 204   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 205   // index to KingDanger[].
 206   Score KingDanger[512];
 207
 208   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 209   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 210
 211   // Penalties for enemy's safe checks
 212   const int QueenContactCheck = 89;
 213   const int QueenCheck        = 52;
 214   const int RookCheck         = 45;
 215   const int BishopCheck       = 5;
 216   const int KnightCheck       = 17;
 217
 218
 219   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 220   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 221
 222   template<Color Us>
 223   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 224
 225     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 226     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 227
 228     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 229     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 230     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 231     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 232
 233     // Init king safety tables only if we are going to use them
 234     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 235     {
 236         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 237         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 238         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
 239         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 240     }
 241     else
 242         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 243   }
 244
 245
 246   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 247   // color and type.
 248
 249   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 250   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 251                         const Bitboard* mobilityArea) {
 252     Bitboard b, bb;
 253     Square s;
 254     Score score = SCORE_ZERO;
 255
 256     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 257     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 258     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 259                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 260     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 261
 262     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 263
 264     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 265     {
 266         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 267         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 268           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 269                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 270
 271         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 272             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 273
 274         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 275
 276         if (b & ei.kingRing[Them])
 277         {
 278             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 279             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 280             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 281         }
 282
 283         if (Pt == QUEEN)
 284             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 285                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 286                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 287
 288         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 289
 290         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 291
 292         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 293         {
 294             // Bonus for outpost squares
 295             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 296             if (bb & s)
 297                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 298             else
 299             {
 300                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 301                 if (bb)
 302                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 303             }
 304
 305             // Bonus when behind a pawn
 306             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 307                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 308                 score += MinorBehindPawn;
 309
 310             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 311             if (Pt == BISHOP)
 312                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 313
 314             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 315             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 316             // when that pawn is also blocked.
 317             if (   Pt == BISHOP
 318                 && pos.is_chess960()
 319                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 320             {
 321                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 322                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 323                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 324                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 325                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 326             }
 327         }
 328
 329         if (Pt == ROOK)
 330         {
 331             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 333                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 334
 335             // Bonus when on an open or semi-open file
 336             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 337                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 338
 339             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 340             else if (mob <= 3)
 341             {
 342                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 343
 344                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 345                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 346                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 347                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 348             }
 349         }
 350     }
 351
 352     if (DoTrace)
 353         Trace::add(Pt, Us, score);
 354
 355     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 356     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 357   }
 358
 359   template<>
 360   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 361   template<>
 362   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 363
 364
 365   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 366
 367   template<Color Us, bool DoTrace>
 368   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 369
 370     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 371     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
 372
 373     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 374     int attackUnits;
 375     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 376
 377     // King shelter and enemy pawns storm
 378     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 379
 380     // Main king safety evaluation
 381     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 382     {
 383         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 384         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 385                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 386                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 387                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 388                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 389
 390         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 391         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 392            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 393
 394         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 395         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 396         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 397         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 398         // the pawn shelter (current 'score' value).
 399         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 400                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 401                      + 27 * popcount(undefended)
 402                      + 11 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 403                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 404                      - mg_value(score) / 8;
 405
 406         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 407         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 408         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 409         if (b)
 410         {
 411             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 412             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 413                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
 414                 | ei.attackedBy[Them][KING];
 415
 416             attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b);
 417         }
 418
 419         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 420         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 421
 422         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 423         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 424         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 425                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift_bb<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 426
 427         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 428         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 429
 430         // Enemy queen safe checks
 431         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 432             attackUnits += QueenCheck, score -= SafeCheck;
 433
 434         // Enemy rooks safe and other checks
 435         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 436             attackUnits += RookCheck, score -= SafeCheck;
 437
 438         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 439             score -= OtherCheck;
 440
 441         // Enemy bishops safe and other checks
 442         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 443             attackUnits += BishopCheck, score -= SafeCheck;
 444
 445         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 446             score -= OtherCheck;
 447
 448         // Enemy knights safe and other checks
 449         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 450         if (b & safe)
 451             attackUnits += KnightCheck, score -= SafeCheck;
 452
 453         else if (b & other)
 454             score -= OtherCheck;
 455
 456         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 457         // array and subtract the score from the evaluation.
 458         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 459     }
 460
 461     if (DoTrace)
 462         Trace::add(KING, Us, score);
 463
 464     return score;
 465   }
 466
 467
 468   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 469   // and the attacked pieces.
 470
 471   template<Color Us, bool DoTrace>
 472   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 473
 474     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 475     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 476     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 477     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 478     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 479     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 480
 481     enum { Minor, Rook };
 482
 483     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 484     Score score = SCORE_ZERO;
 485
 486     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 487     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 488         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 489         score += LooseEnemies;
 490
 491     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 492     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 493
 494     if (weak)
 495     {
 496         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 497                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 498
 499         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 500
 501         if (weak ^ safeThreats)
 502             score += ThreatByHangingPawn;
 503
 504         while (safeThreats)
 505             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 506     }
 507
 508     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 509     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 510
 511     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 512     weak =   pos.pieces(Them)
 513           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 514           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 515
 516     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 517     if (defended | weak)
 518     {
 519         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 520         while (b)
 521             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 522
 523         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 524         while (b)
 525             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 526
 527         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 528
 529         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 530         if (b)
 531             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 532     }
 533
 534     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 535     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 536     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 537
 538     b &=  ~pos.pieces()
 539         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 540         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 541
 542     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 543        &  pos.pieces(Them)
 544        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 545
 546     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 547
 548     if (DoTrace)
 549         Trace::add(THREAT, Us, score);
 550
 551     return score;
 552   }
 553
 554
 555   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 556
 557   template<Color Us, bool DoTrace>
 558   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 559
 560     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 561
 562     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 563     Score score = SCORE_ZERO;
 564
 565     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 566
 567     while (b)
 568     {
 569         Square s = pop_lsb(&b);
 570
 571         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 572
 573         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 574         int rr = r * (r - 1);
 575
 576         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 577
 578         if (rr)
 579         {
 580             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 581
 582             // Adjust bonus based on the king's proximity
 583             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 584                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 585
 586             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 587             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 588                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 589
 590             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 591             if (pos.empty(blockSq))
 592             {
 593                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 594                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 595                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 596                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 597
 598                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 599
 600                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 601                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 602
 603                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 604                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 605
 606                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 607                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 608                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 609
 610                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 611                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 612                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 613                     k += 6;
 614
 615                 else if (defendedSquares & blockSq)
 616                     k += 4;
 617
 618                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 619             }
 620             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 621                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 622         } // rr != 0
 623
 624         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 625     }
 626
 627     if (DoTrace)
 628         Trace::add(PASSED, Us, score);
 629
 630     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 631     return score;
 632   }
 633
 634
 635   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 636   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 637   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 638   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 639   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 640   // improve play on game opening.
 641   template<Color Us>
 642   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 643
 644     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 645     const Bitboard SpaceMask =
 646       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 647                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 648
 649     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 650     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 651     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 652     Bitboard safe =   SpaceMask
 653                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 654                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 655                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 656
 657     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 658     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 659     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 660     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 661
 662     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 663     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 664
 665     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 666     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 667     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 668                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 669
 670     return make_score(bonus * weight * weight * 2 / 11, 0);
 671   }
 672
 673
 674   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 675   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 676   // status of the players.
 677   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 678
 679     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 680                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 681     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 682
 683     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 684     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 685
 686     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 687     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 688     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 689     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 690
 691     return make_score(0, value);
 692   }
 693
 694
 695   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 696   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 697
 698     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 699     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 700
 701     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 702     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 703     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 704         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 705     {
 706         if (pos.opposite_bishops())
 707         {
 708             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 709             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 710             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 711                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 712                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 713
 714             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 715             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 716             else
 717                 sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 718         }
 719         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 720         // pawns are drawish.
 721         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 722                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 723                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 724             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
 725     }
 726
 727     return sf;
 728   }
 729
 730 } // namespace
 731
 732
 733 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 734 /// of the position from the point of view of the side to move.
 735
 736 template<bool DoTrace>
 737 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 738
 739   assert(!pos.checkers());
 740
 741   EvalInfo ei;
 742   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 743
 744   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 745   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
 746   // internally from the white point of view.
 747   score = pos.psq_score();
 748
 749   // Probe the material hash table
 750   ei.me = Material::probe(pos);
 751   score += ei.me->imbalance();
 752
 753   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 754   // configuration, call it and return.
 755   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 756       return ei.me->evaluate(pos);
 757
 758   // Probe the pawn hash table
 759   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 760   score += ei.pi->pawns_score();
 761
 762   // Initialize attack and king safety bitboards
 763   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 764   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 765   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 766
 767   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 768   Bitboard blockedPawns[] = {
 769     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 770     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 771   };
 772
 773   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 774   // by our blocked pawns or king.
 775   Bitboard mobilityArea[] = {
 776     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 777     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 778   };
 779
 780   // Evaluate all pieces but king and pawns
 781   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 782   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 783
 784   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 785   // information when computing the king safety evaluation.
 786   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 787           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 788
 789   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 790   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 791           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 792
 793   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 794   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 795           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 796
 797   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 798   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 799   {
 800       Bitboard b;
 801       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 802           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 803
 804       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 805           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 806   }
 807
 808   // Evaluate space for both sides, only during opening
 809   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 810       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 811               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 812
 813   // Evaluate position potential for the winning side
 814   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 815
 816   // Evaluate scale factor for the winning side
 817   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 818
 819   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 820   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 821            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 822
 823   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 824
 825   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 826   if (DoTrace)
 827   {
 828       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 829       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 830       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 831       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 832       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 833                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 834       Trace::add(TOTAL, score);
 835   }
 836
 837   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 838 }
 839
 840 // Explicit template instantiations
 841 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 842 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 843
 844
 845 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 846 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 847 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 848
 849 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 850
 851   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 852
 853   Value v = evaluate<true>(pos);
 854   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 855
 856   std::stringstream ss;
 857   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 858      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 859      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 860      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 861      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 862      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 863      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 864      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 865      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 866      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 867      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 868      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 869      << "    King safety | " << Term(KING)
 870      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 871      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 872      << "          Space | " << Term(SPACE)
 873      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 874      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 875
 876   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 877
 878   return ss.str();
 879 }
 880
 881
 882 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 883
 884 void Eval::init() {
 885
 886   const int MaxSlope = 322;
 887   const int Peak = 47410;
 888   int t = 0;
 889
 890   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 891   {
 892       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
 893       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
 894   }
 895 }