Combo
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
156
157   // Assorted bonuses and penalties
158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
161   constexpr Score Hanging            = S( 57, 32);
162   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
163   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
164   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
165   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
166   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
167   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
168   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 30);
169   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
170   constexpr Score ThreatByKing       = S( 23, 76);
171   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
172   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
173   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
174   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
175   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
176   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
177
178 #undef S
179
180   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
181   template<Tracing T>
182   class Evaluation {
183
184   public:
185     Evaluation() = delete;
186     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
187     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
188     Value value();
189
190   private:
191     template<Color Us> void initialize();
192     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
193     template<Color Us> Score king() const;
194     template<Color Us> Score threats() const;
195     template<Color Us> Score passed() const;
196     template<Color Us> Score space() const;
197     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
198     Score initiative(Value eg) const;
199
200     const Position& pos;
201     Material::Entry* me;
202     Pawns::Entry* pe;
203     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
204     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
205
206     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
207     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
208     // is also calculated is ALL_PIECES.
209     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
210
211     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
212     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
213     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
214     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
215
216     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
217     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
218     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
219     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
220     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
221
222     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
223     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
224     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
225
226     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
227     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
228     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
229     // the KingAttackWeights array.
230     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
231
232     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
233     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
234     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
235     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
236     // to kingAttacksCount[WHITE].
237     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
238   };
239
240
241   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
242   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
243   template<Tracing T> template<Color Us>
244   void Evaluation<T>::initialize() {
245
246     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
247     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
248     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
249     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
250
251     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
252     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
253
254     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
255     // are excluded from the mobility area.
256     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
257
258     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
259     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
260     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
262     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
263
264     // Init our king safety tables only if we are going to use them
265     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
266     {
267         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
268         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
269             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
270
271         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
272             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
273
274         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
275             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
276
277         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
279     }
280     else
281         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
282   }
283
284
285   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
286   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
287   Score Evaluation<T>::pieces() {
288
289     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
290     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
291     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
292                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
293     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
294
295     Bitboard b, bb;
296     Square s;
297     Score score = SCORE_ZERO;
298
299     attackedBy[Us][Pt] = 0;
300
301     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
302     {
303         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
304         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
305           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
306                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
307
308         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
309             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
310
311         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
312         attackedBy[Us][Pt] |= b;
313         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
314
315         if (b & kingRing[Them])
316         {
317             kingAttackersCount[Us]++;
318             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
319             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
320         }
321
322         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
323
324         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
325
326         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
327         {
328             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
329             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
330             if (bb & s)
331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
332
333             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
334                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
335
336             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
337             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
338                 score += MinorBehindPawn;
339
340             // Penalty if the piece is far from the king
341             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
342
343             if (Pt == BISHOP)
344             {
345                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
346                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
347                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
348
349                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
350                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
351
352                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
353                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
354                     score += LongDiagonalBishop;
355             }
356
357             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
358             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
359             // when that pawn is also blocked.
360             if (   Pt == BISHOP
361                 && pos.is_chess960()
362                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
363             {
364                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
365                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
366                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
367                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
368                                                                               : CorneredBishop;
369             }
370         }
371
372         if (Pt == ROOK)
373         {
374             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
375             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
376                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
377
378             // Bonus for rook on an open or semi-open file
379             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
380                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
381
382             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
383             else if (mob <= 3)
384             {
385                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
386                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
387                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
388             }
389         }
390
391         if (Pt == QUEEN)
392         {
393             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
394             Bitboard queenPinners;
395             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
396                 score -= WeakQueen;
397         }
398     }
399     if (T)
400         Trace::add(Pt, Us, score);
401
402     return score;
403   }
404
405
406   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
407   template<Tracing T> template<Color Us>
408   Score Evaluation<T>::king() const {
409
410     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
413
414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
415     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
416
417     // King shelter and enemy pawns storm
418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
419
420     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
421     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
422     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
423     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
424     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
425
426     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
427
428     // Main king safety evaluation
429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
430     {
431         int kingDanger = 0;
432         unsafeChecks = 0;
433
434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
436               & ~attackedBy2[Us]
437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
438
439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
440         safe  = ~pos.pieces(Them);
441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
442
443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
445
446         // Enemy queen safe checks
447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
448             kingDanger += QueenSafeCheck;
449
450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
452
453         // Enemy rooks checks
454         if (b1 & safe)
455             kingDanger += RookSafeCheck;
456         else
457             unsafeChecks |= b1;
458
459         // Enemy bishops checks
460         if (b2 & safe)
461             kingDanger += BishopSafeCheck;
462         else
463             unsafeChecks |= b2;
464
465         // Enemy knights checks
466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
467         if (b & safe)
468             kingDanger += KnightSafeCheck;
469         else
470             unsafeChecks |= b;
471
472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
473         // the square is in the attacker's mobility area.
474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
475
476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
477                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
478                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
479                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
480                      +   4 * tropism
481                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
482                      -   6 * mg_value(score) / 8
483                      -   30;
484
485         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
486         if (kingDanger > 0)
487         {
488             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
489             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
490             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
491         }
492     }
493
494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
496         score -= PawnlessFlank;
497
498     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
499     score -= CloseEnemies * tropism;
500
501     if (T)
502         Trace::add(KING, Us, score);
503
504     return score;
505   }
506
507
508   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
509   // attacking and the attacked pieces.
510   template<Tracing T> template<Color Us>
511   Score Evaluation<T>::threats() const {
512
513     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
514     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
515     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
516
517     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
518     Score score = SCORE_ZERO;
519
520     // Non-pawn enemies
521     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
522
523     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
524     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
525     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
526                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
527
528     // Non-pawn enemies, strongly protected
529     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
530
531     // Enemies not strongly protected and under our attack
532     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
533
534     // Safe or protected squares
535     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
536
537     // Bonus according to the kind of attacking pieces
538     if (defended | weak)
539     {
540         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
541         while (b)
542         {
543             Square s = pop_lsb(&b);
544             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
545             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
546                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
547
548             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
549                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
550         }
551
552         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
553         while (b)
554         {
555             Square s = pop_lsb(&b);
556             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
557             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
558                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
559
560             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
561                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
562         }
563
564         if (weak & attackedBy[Us][KING])
565             score += ThreatByKing;
566
567         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
568
569         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
570         score += Overload * popcount(b);
571     }
572
573     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
574     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
575         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
576
577     // Find squares where our pawns can push on the next move
578     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
579     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
580
581     // Keep only the squares which are relatively safe
582     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
583
584     // Bonus for safe pawn threats on the next move
585     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
586     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
587
588     // Our safe or protected pawns
589     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
590
591     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
592     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
593
594     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
595     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
596     {
597         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
598         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
599
600         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
601
602         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
603
604         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
605            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
606
607         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
608     }
609
610     if (T)
611         Trace::add(THREAT, Us, score);
612
613     return score;
614   }
615
616   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
617   // pawns of the given color.
618
619   template<Tracing T> template<Color Us>
620   Score Evaluation<T>::passed() const {
621
622     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
623     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
624
625     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
626       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
627     };
628
629     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
630     Score score = SCORE_ZERO;
631
632     b = pe->passed_pawns(Us);
633
634     while (b)
635     {
636         Square s = pop_lsb(&b);
637
638         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
639
640         int r = relative_rank(Us, s);
641         int w = PassedDanger[r];
642
643         Score bonus = PassedRank[r];
644
645         if (w)
646         {
647             Square blockSq = s + Up;
648
649             // Adjust bonus based on the king's proximity
650             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
651                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
652
653             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
654             if (r != RANK_7)
655                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
656
657             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
658             if (pos.empty(blockSq))
659             {
660                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
661                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
662                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
663                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
664
665                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
666
667                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
668                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
669
670                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
671                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
672
673                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
674                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
675                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
676
677                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
678                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
679                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
680                     k += 6;
681
682                 else if (defendedSquares & blockSq)
683                     k += 4;
684
685                 bonus += make_score(k * w, k * w);
686             }
687         } // w != 0
688
689         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
690         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
691         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
692             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
693             bonus = bonus / 2;
694
695         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
696     }
697
698     if (T)
699         Trace::add(PASSED, Us, score);
700
701     return score;
702   }
703
704
705   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
706   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
707   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
708   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
709   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
710   // improve play on game opening.
711
712   template<Tracing T> template<Color Us>
713   Score Evaluation<T>::space() const {
714
715     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
716         return SCORE_ZERO;
717
718     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
719     constexpr Bitboard SpaceMask =
720       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
721                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
722
723     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
724     Bitboard safe =   SpaceMask
725                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
726                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
727
728     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
729     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
730     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
731     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
732
733     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
734     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
735
736     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
737
738     if (T)
739         Trace::add(SPACE, Us, score);
740
741     return score;
742   }
743
744
745   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
746   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
747   // known attacking/defending status of the players.
748
749   template<Tracing T>
750   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
751
752     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
753                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
754
755     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
756                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
757
758     // Compute the initiative bonus for the attacking side
759     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
760                     + 12 * pos.count<PAWN>()
761                     + 12 * outflanking
762                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
763                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
764                     -118 ;
765
766     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
767     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
768     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
769     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
770
771     if (T)
772         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
773
774     return make_score(0, v);
775   }
776
777
778   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
779
780   template<Tracing T>
781   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
782
783     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
784     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
785
786     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
787     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
788     {
789         if (   pos.opposite_bishops()
790             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
791             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
792             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
793         else
794             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
795
796     }
797
798     return ScaleFactor(sf);
799   }
800
801
802   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
803   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
804   // of view of the side to move.
805
806   template<Tracing T>
807   Value Evaluation<T>::value() {
808
809     assert(!pos.checkers());
810
811     // Probe the material hash table
812     me = Material::probe(pos);
813
814     // If we have a specialized evaluation function for the current material
815     // configuration, call it and return.
816     if (me->specialized_eval_exists())
817         return me->evaluate(pos);
818
819     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
820     // the position object (material + piece square tables) and the material
821     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
822     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
823
824     // Probe the pawn hash table
825     pe = Pawns::probe(pos);
826     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
827
828     // Early exit if score is high
829     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
830     if (abs(v) > LazyThreshold)
831        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
832
833     // Main evaluation begins here
834
835     initialize<WHITE>();
836     initialize<BLACK>();
837
838     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
839     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
840             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
841             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
842             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
843
844     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
845
846     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
847             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
848             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
849             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
850
851     score += initiative(eg_value(score));
852
853     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
854     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
855     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
856        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
857
858     v /= int(PHASE_MIDGAME);
859
860     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
861     if (T)
862     {
863         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
864         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
865         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
866         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
867         Trace::add(TOTAL, score);
868     }
869
870     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
871            + Eval::Tempo;
872   }
873
874 } // namespace
875
876
877 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
878 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
879
880 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
881   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
882 }
883
884
885 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
886 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
887 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
888
889 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
890
891   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
892
893   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
894
895   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
896
897   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
898
899   std::stringstream ss;
900   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
901      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
902      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
903      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
904      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
905      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
906      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
907      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
908      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
909      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
910      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
911      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
912      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
913      << " King safety | " << Term(KING)
914      << "     Threats | " << Term(THREAT)
915      << "      Passed | " << Term(PASSED)
916      << "       Space | " << Term(SPACE)
917      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
918      << "       Total | " << Term(TOTAL);
919
920   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
921
922   return ss.str();
923 }