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) 2015-2017 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   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 163   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 164   // pawn-defended are not considered.
 165   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 166     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 167   };
 168
 169   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 170     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
 171   };
 172
 173   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 174   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 175   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 176
 177   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 178   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 179   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 180     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 181     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 182   };
 183
 184   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 185   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 186     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 187     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 188   };
 189
 190   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 191   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 192   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 193   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 194   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 195   const Score WeakQueen           = S(50, 10);
 196   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 197   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
 198   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
 199   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 200   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 201   const Score ThreatByRank        = S(16,  3);
 202   const Score Hanging             = S(48, 27);
 203   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 204   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
 205
 206   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 207   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 208   // happen in Chess960 games.
 209   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 210
 211   #undef S
 212   #undef V
 213
 214   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 215   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 216
 217   // Penalties for enemy's safe checks
 218   const int QueenContactCheck = 997;
 219   const int QueenCheck        = 745;
 220   const int RookCheck         = 688;
 221   const int BishopCheck       = 588;
 222   const int KnightCheck       = 924;
 223
 224   // Threshold for lazy evaluation
 225   const Value LazyEval = Value(1500);
 226
 227   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 228   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 229
 230   template<Color Us>
 231   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 232
 233     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 234     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 235
 236     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 237     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
 238     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 239     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 240     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
 241
 242     // Init king safety tables only if we are going to use them
 243     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 244     {
 245         ei.kingRing[Them] = b | shift<Down>(b);
 246         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b & ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 247         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 248     }
 249     else
 250         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 251   }
 252
 253
 254   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 255   // color and type.
 256
 257   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 258   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 259                         const Bitboard* mobilityArea) {
 260     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 261     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 262     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 263                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 264     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 265
 266     Bitboard b, bb;
 267     Square s;
 268     Score score = SCORE_ZERO;
 269
 270     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 271
 272     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 273     {
 274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 278
 279         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 281
 282         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 283         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 284
 285         if (b & ei.kingRing[Them])
 286         {
 287             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 288             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 289             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 290         }
 291
 292         if (Pt == QUEEN)
 293             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 294                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 295                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 296
 297         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 298
 299         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 300
 301         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 302         {
 303             // Bonus for outpost squares
 304             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 305             if (bb & s)
 306                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 307             else
 308             {
 309                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 310                 if (bb)
 311                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 312             }
 313
 314             // Bonus when behind a pawn
 315             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 316                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 317                 score += MinorBehindPawn;
 318
 319             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 320             if (Pt == BISHOP)
 321                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 322
 323             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 324             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 325             // when that pawn is also blocked.
 326             if (   Pt == BISHOP
 327                 && pos.is_chess960()
 328                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 329             {
 330                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 331                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 332                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 333                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 334                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 335             }
 336         }
 337
 338         if (Pt == ROOK)
 339         {
 340             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 341             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 342                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 343
 344             // Bonus when on an open or semi-open file
 345             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 346                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 347
 348             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 349             else if (mob <= 3)
 350             {
 351                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 352
 353                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 354                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 355                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 356             }
 357         }
 358
 359         if (Pt == QUEEN)
 360         {
 361             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 362             Bitboard pinners;
 363             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 364                 score -= WeakQueen;
 365         }
 366     }
 367
 368     if (DoTrace)
 369         Trace::add(Pt, Us, score);
 370
 371     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 372     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 373   }
 374
 375   template<>
 376   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 377   template<>
 378   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 379
 380
 381   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 382
 383   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 384
 385   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
 386     CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles, CenterFiles,
 387     CenterFiles << 2, CenterFiles << 2, CenterFiles << 2
 388   };
 389
 390   template<Color Us, bool DoTrace>
 391   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 392
 393     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 394     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 395     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 396                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 397
 398     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 399     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 400     int kingDanger;
 401
 402     // King shelter and enemy pawns storm
 403     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 404
 405     // Main king safety evaluation
 406     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 407     {
 408         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 409         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 410                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 411                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 412
 413         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 414         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 415            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 416
 417         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 418         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 419         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 420         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 421         // the pawn shelter (current 'score' value).
 422         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 423                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 424                     + 235 * popcount(undefended)
 425                     + 134 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 426                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 427                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
 428
 429         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 430         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 431         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 432
 433         // ...and keep squares supported by another enemy piece
 434         kingDanger += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
 435
 436         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 437         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 438
 439         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 440         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 441         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 442                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 443
 444         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 445         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 446
 447         // Enemy queen safe checks
 448         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 449             kingDanger += QueenCheck;
 450
 451         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
 452         // and only defended by a queen.
 453         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 454                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 455                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 456
 457         // Enemy rooks safe and other checks
 458         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 459             kingDanger += RookCheck;
 460
 461         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 462             score -= OtherCheck;
 463
 464         // Enemy bishops safe and other checks
 465         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 466             kingDanger += BishopCheck;
 467
 468         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 469             score -= OtherCheck;
 470
 471         // Enemy knights safe and other checks
 472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 473         if (b & safe)
 474             kingDanger += KnightCheck;
 475
 476         else if (b & other)
 477             score -= OtherCheck;
 478
 479         // Compute the king danger score and subtract it from the evaluation
 480         if (kingDanger > 0)
 481             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
 482     }
 483
 484     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 485     File kf = file_of(ksq);
 486     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 487
 488     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 489     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 490
 491     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 492     // which are not defended by our pawns.
 493     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 494        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 495
 496     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 497
 498     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 499     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 500         score -= PawnlessFlank;
 501
 502     if (DoTrace)
 503         Trace::add(KING, Us, score);
 504
 505     return score;
 506   }
 507
 508
 509   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 510   // and the attacked pieces.
 511
 512   template<Color Us, bool DoTrace>
 513   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 514
 515     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 516     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 517     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 518     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 519     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
 520     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
 521
 522     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 523     Score score = SCORE_ZERO;
 524
 525     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 526     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 527         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 528         score += LooseEnemies;
 529
 530     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 531     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 532
 533     if (weak)
 534     {
 535         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 536                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 537
 538         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 539
 540         if (weak ^ safeThreats)
 541             score += ThreatByHangingPawn;
 542
 543         while (safeThreats)
 544             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 545     }
 546
 547     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 548     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 549
 550     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 551     weak =   pos.pieces(Them)
 552           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 553           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 554
 555     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 556     if (defended | weak)
 557     {
 558         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 559         while (b)
 560         {
 561             Square s = pop_lsb(&b);
 562             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 563             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 564                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 565         }
 566
 567         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 568         while (b)
 569         {
 570             Square s = pop_lsb(&b);
 571             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 572             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 573                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 574         }
 575
 576         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 577
 578         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 579         if (b)
 580             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 581     }
 582
 583     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 584     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 585     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 586
 587     b &=  ~pos.pieces()
 588         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 589         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 590
 591     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 592        &  pos.pieces(Them)
 593        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 594
 595     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 596
 597     if (DoTrace)
 598         Trace::add(THREAT, Us, score);
 599
 600     return score;
 601   }
 602
 603
 604   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 605
 606   template<Color Us, bool DoTrace>
 607   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 608
 609     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 610
 611     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 612     Score score = SCORE_ZERO;
 613
 614     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 615
 616     while (b)
 617     {
 618         Square s = pop_lsb(&b);
 619
 620         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 621         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
 622
 623         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 624         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 625
 626         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 627         int rr = r * (r - 1);
 628
 629         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 630
 631         if (rr)
 632         {
 633             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 634
 635             // Adjust bonus based on the king's proximity
 636             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 637                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 638
 639             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 640             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 641                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 642
 643             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 644             if (pos.empty(blockSq))
 645             {
 646                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 647                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 648                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 649                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 650
 651                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 652
 653                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 654                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 655
 656                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 657                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 658
 659                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 660                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 661                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 662
 663                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 664                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 665                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 666                     k += 6;
 667
 668                 else if (defendedSquares & blockSq)
 669                     k += 4;
 670
 671                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 672             }
 673             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 674                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 675         } // rr != 0
 676
 677         // Assign a small bonus when the opponent has no pieces left
 678         if (!pos.non_pawn_material(Them))
 679             ebonus += 20;
 680
 681         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 682     }
 683
 684     if (DoTrace)
 685         Trace::add(PASSED, Us, score);
 686
 687     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 688     return score;
 689   }
 690
 691
 692   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 693   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 694   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 695   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 696   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 697   // improve play on game opening.
 698   template<Color Us>
 699   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 700
 701     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 702     const Bitboard SpaceMask =
 703       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 704                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 705
 706     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 707     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 708     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 709     Bitboard safe =   SpaceMask
 710                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 711                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 712                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 713
 714     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 715     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 716     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 717     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 718
 719     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 720     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 721
 722     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 723     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 724     bonus = std::min(16, bonus);
 725     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pi->open_files();
 726
 727     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
 728   }
 729
 730
 731   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 732   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 733   // status of the players.
 734   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 735
 736     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 737                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 738     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 739
 740     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 741     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 742
 743     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 744     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 745     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 746     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 747
 748     return make_score(0, value);
 749   }
 750
 751
 752   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 753   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 754
 755     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 756     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 757
 758     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 759     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 760     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 761         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 762     {
 763         if (pos.opposite_bishops())
 764         {
 765             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 766             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 767             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 768                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 769                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 770
 771             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 772             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 773             else
 774                 sf = ScaleFactor(46);
 775         }
 776         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 777         // pawns are drawish.
 778         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 779                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 780                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 781             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 782     }
 783
 784     return sf;
 785   }
 786
 787
 788   Value lazy_eval(Value mg, Value eg) {
 789
 790     if (mg > LazyEval && eg > LazyEval)
 791         return  LazyEval + ((mg + eg) / 2 - LazyEval) / 4;
 792
 793     else if (mg < -LazyEval && eg < -LazyEval)
 794         return -LazyEval + ((mg + eg) / 2 + LazyEval) / 4;
 795
 796     return VALUE_ZERO;
 797   }
 798
 799 } // namespace
 800
 801
 802 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 803 /// of the position from the point of view of the side to move.
 804
 805 template<bool DoTrace>
 806 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 807
 808   assert(!pos.checkers());
 809
 810   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 811   EvalInfo ei;
 812
 813   // Probe the material hash table
 814   ei.me = Material::probe(pos);
 815
 816   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 817   // configuration, call it and return.
 818   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 819       return ei.me->evaluate(pos);
 820
 821   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 822   // the position object (material + piece square tables) and the material
 823   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 824   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
 825
 826   // Probe the pawn hash table
 827   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 828   score += ei.pi->pawns_score();
 829
 830   // We have taken into account all cheap evaluation terms.
 831   // If score exceeds a threshold return a lazy evaluation.
 832   Value lazy = lazy_eval(mg_value(score), eg_value(score));
 833   if (lazy)
 834       return pos.side_to_move() == WHITE ? lazy : -lazy;
 835
 836   // Initialize attack and king safety bitboards
 837   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 838   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
 839   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
 840   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 841   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 842
 843   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 844   Bitboard blockedPawns[] = {
 845     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift<SOUTH>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 846     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift<NORTH>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 847   };
 848
 849   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 850   // by our blocked pawns or king.
 851   Bitboard mobilityArea[] = {
 852     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 853     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 854   };
 855
 856   // Evaluate all pieces but king and pawns
 857   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 858   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 859
 860   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 861   // information when computing the king safety evaluation.
 862   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 863           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 864
 865   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 866   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 867           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 868
 869   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 870   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 871           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 872
 873   // Evaluate space for both sides, only during opening
 874   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 875       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 876               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 877
 878   // Evaluate position potential for the winning side
 879   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 880
 881   // Evaluate scale factor for the winning side
 882   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 883
 884   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 885   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 886            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 887
 888   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 889
 890   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 891   if (DoTrace)
 892   {
 893       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 894       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 895       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 896       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 897       if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 898           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 899                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 900       Trace::add(TOTAL, score);
 901   }
 902
 903   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 904 }
 905
 906 // Explicit template instantiations
 907 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 908 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 909
 910
 911 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 912 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 913 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 914
 915 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 916
 917   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 918
 919   Value v = evaluate<true>(pos);
 920   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 921
 922   std::stringstream ss;
 923   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 924      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 925      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 926      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 927      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 928      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 929      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 930      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 931      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 932      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 933      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 934      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 935      << "    King safety | " << Term(KING)
 936      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 937      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 938      << "          Space | " << Term(SPACE)
 939      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 940      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 941
 942   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 943
 944   return ss.str();
 945 }