Exclude queen from Rook Contact Check computation
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30
31 namespace {
32
33   namespace Tracing {
34
35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
37     };
38
39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
40
41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
42
43     double to_cp(Value v);
44     void write(int idx, Color c, Score s);
45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
46     std::string do_trace(const Position& pos);
47   }
48
49
50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
51   // by the evaluation functions.
52   struct EvalInfo {
53
54     // Pointers to material and pawn hash table entries
55     Material::Entry* mi;
56     Pawns::Entry* pi;
57
58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
60     // contains all squares attacked by the given color.
61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
62
63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
70
71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
74
75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
78     // KingAttackWeights array.
79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
80
81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
87
88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
89   };
90
91
92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
97   };
98
99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
101   }
102
103
104   #define V(v) Value(v)
105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
106
107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
109   // friendly pieces.
110   const Score MobilityBonus[][32] = {
111     {}, {},
112     { S(-68,-49), S(-46,-33), S(-3,-12), S( 5, -4), S( 9, 11), S(15, 16), // Knights
113       S( 23, 27), S( 33, 28), S(37, 29) },
114     { S(-49,-44), S(-23,-16), S(16,  1), S(29, 16), S(40, 25), S(51, 34), // Bishops
115       S( 55, 43), S( 61, 49), S(64, 51), S(68, 52), S(73, 55), S(75, 60),
116       S( 80, 65), S( 86, 66) },
117     { S(-50,-57), S(-28,-22), S(-11, 7), S(-1, 29), S( 0, 39), S( 1, 46), // Rooks
118       S( 10, 66), S( 16, 79), S(22, 86), S(23,103), S(30,109), S(33,111),
119       S( 37,115), S( 38,119), S(48,124) },
120     { S(-43,-30), S(-27,-15), S( 1, -5), S( 2, -3), S(14, 10), S(18, 24), // Queens
121       S( 20, 27), S( 33, 37), S(33, 38), S(34, 43), S(40, 46), S(43, 56),
122       S( 46, 61), S( 52, 63), S(52, 63), S(57, 65), S(60, 70), S(61, 74),
123       S( 67, 80), S( 76, 82), S(77, 88), S(82, 94), S(86, 95), S(90, 96),
124       S( 94, 99), S( 96,100), S(99,111), S(99,112) }
125   };
126
127   // Outpost[Bishop/Knight][Square] contains bonuses for knights and bishops
128   // outposts, indexed by piece type and square (from white's point of view).
129   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
130   {// A     B     C     D     E     F     G     H
131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(3), V(9), V(9), V(3), V(0), V(0),
134     V(0), V(4),V(18),V(25),V(25),V(18), V(4), V(0),
135     V(4), V(9),V(29),V(38),V(38),V(29), V(9), V(4),
136     V(2), V(9),V(19),V(15),V(15),V(19), V(9), V(2) },
137   {
138     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
139     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
140     V(2), V(4), V(3), V(8), V(8), V(3), V(4), V(2),
141     V(1), V(9), V(9),V(13),V(13), V(9), V(9), V(1),
142     V(2), V(8),V(21),V(24),V(24),V(21), V(8), V(2),
143     V(0), V(4), V(6), V(6), V(6), V(6), V(4), V(0) }
144   };
145
146   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
147   // bonuses according to which piece type attacks which one.
148   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
149   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
150     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
151   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
152     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
159   };
160
161   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
162
163   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
164   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
165   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
166   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
167   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
168   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
169   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
170   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
171   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
172   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
173   const Score Hanging            = S(31, 26);
174   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
175   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
176
177   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
178   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
179   // happen in Chess960 games.
180   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
181
182   #undef S
183   #undef V
184
185   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
186   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
187   // based on how many squares inside this area are safe and available for
188   // friendly minor pieces.
189   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
190     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
191     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
192   };
193
194   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
195   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
196   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
197   // index to KingDanger[].
198   Score KingDanger[512];
199
200   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
201   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
202
203   // Penalties for enemy's safe checks
204   const int QueenContactCheck = 89;
205   const int RookContactCheck  = 71;
206   const int QueenCheck        = 50;
207   const int RookCheck         = 37;
208   const int BishopCheck       = 6;
209   const int KnightCheck       = 14;
210
211
212   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
213   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
214
215   template<Color Us>
216   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
217
218     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
219     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
220
221     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
222     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
223     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
224
225     // Init king safety tables only if we are going to use them
226     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
227     {
228         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
229         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
230         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
231         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
232     }
233     else
234         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
235   }
236
237
238   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
239
240   template<PieceType Pt, Color Us>
241   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
242
243     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244
245     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
246
247     // Initial bonus based on square
248     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
249
250     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
251     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
252     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
253     {
254         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
255             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
256             bonus += bonus + bonus / 2;
257         else
258             bonus += bonus / 2;
259     }
260
261     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
262   }
263
264
265   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
266
267   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
268   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
269
270     Bitboard b;
271     Square s;
272     Score score = SCORE_ZERO;
273
274     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
275     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
276     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
277
278     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
279
280     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
281     {
282         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
283         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
285                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
286
287         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
288             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
289
290         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
291
292         if (b & ei.kingRing[Them])
293         {
294             ei.kingAttackersCount[Us]++;
295             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
296             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
297             if (bb)
298                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
299         }
300
301         if (Pt == QUEEN)
302             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
303                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
304                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
305
306         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
307
308         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
309
310         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
311         {
312             // Bonus for outpost square
313             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
314                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
315
316             // Bonus when behind a pawn
317             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
318                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
319                 score += MinorBehindPawn;
320
321             // Penalty for pawns on same color square of bishop
322             if (Pt == BISHOP)
323                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
324
325             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
326             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
327             // when that pawn is also blocked.
328             if (   Pt == BISHOP
329                 && pos.is_chess960()
330                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
331             {
332                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
333                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
334                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
335                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
336                                                                               : TrappedBishopA1H1;
337             }
338         }
339
340         if (Pt == ROOK)
341         {
342             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
343             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
344             {
345                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
346                 if (alignedPawns)
347                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
348             }
349
350             // Bonus when on an open or semi-open file
351             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
352                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
353
354             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
355             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
356             {
357                 Square ksq = pos.king_square(Us);
358
359                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
360                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
361                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
362                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
363             }
364         }
365     }
366
367     if (Trace)
368         Tracing::write(Pt, Us, score);
369
370     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
371     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
372   }
373
374   template<>
375   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
376   template<>
377   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
378
379
380   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
381
382   template<Color Us, bool Trace>
383   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
384
385     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
386
387     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
388     int attackUnits;
389     const Square ksq = pos.king_square(Us);
390
391     // King shelter and enemy pawns storm
392     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
393
394     // Main king safety evaluation
395     if (ei.kingAttackersCount[Them])
396     {
397         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
398         // apart from the king itself
399         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
400                     & ei.attackedBy[Us][KING]
401                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
402                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
403                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
404
405         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
406         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
407         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
408         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
409         // the pawn shelter (current 'score' value).
410         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
411                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
412                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
413                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
414                      - mg_value(score) / 8
415                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
416
417         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
418         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
419         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
420         if (b)
421         {
422             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
423             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
424                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
425
426             if (b)
427                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
428         }
429
430         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
431         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
432         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
433
434         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
435         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
436
437         if (b)
438         {
439             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
440             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
441                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP]);
442
443             if (b)
444                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
445         }
446
447         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
448         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
449
450         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
451         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
452
453         // Enemy queen safe checks
454         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
455         if (b)
456             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
457
458         // Enemy rooks safe checks
459         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
460         if (b)
461             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
462
463         // Enemy bishops safe checks
464         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
465         if (b)
466             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
467
468         // Enemy knights safe checks
469         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
470         if (b)
471             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
472
473         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
474         // array and subtract the score from evaluation.
475         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
476     }
477
478     if (Trace)
479         Tracing::write(KING, Us, score);
480
481     return score;
482   }
483
484
485   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
486   // and the type of attacked one.
487
488   template<Color Us, bool Trace>
489   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
490
491     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
492     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
493     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
494     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
495     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
496     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
497
498     enum { Defended, Weak };
499     enum { Minor, Major };
500
501     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
502     Score score = SCORE_ZERO;
503
504     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
505     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
506
507     if (weak)
508     {
509         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
510                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
511
512         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
513
514         if (weak ^ safeThreats)
515             score += ThreatenedByHangingPawn;
516
517         while (safeThreats)
518             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
519     }
520
521     // Non-pawn enemies defended by a pawn
522     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
523
524     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
525     if (defended)
526     {
527         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
528         while (b)
529             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
530
531         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
532         while (b)
533             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
534     }
535
536     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
537     weak =   pos.pieces(Them)
538           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
539           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
540
541     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
542     if (weak)
543     {
544         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
545         while (b)
546             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
547
548         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
549         while (b)
550             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
551
552         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
553         if (b)
554             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
555
556         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
557         if (b)
558             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
559     }
560
561     // Add a small bonus for safe pawn pushes
562     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
563     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
564
565     b &=  ~pos.pieces()
566         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
567         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
568
569     if (b)
570         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
571
572     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
573     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
574        &  pos.pieces(Them)
575        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
576
577     if (b)
578         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
579
580     if (Trace)
581         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
582
583     return score;
584   }
585
586
587   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
588
589   template<Color Us, bool Trace>
590   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
591
592     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
593
594     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
595     Score score = SCORE_ZERO;
596
597     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
598
599     while (b)
600     {
601         Square s = pop_lsb(&b);
602
603         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
604
605         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
606         int rr = r * (r - 1);
607
608         // Base bonus based on rank
609         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
610
611         if (rr)
612         {
613             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
614
615             // Adjust bonus based on the king's proximity
616             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
617                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
618
619             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
620             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
621                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
622
623             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
624             if (pos.empty(blockSq))
625             {
626                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
627                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
628                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
629                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
630
631                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
632
633                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
634                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
635
636                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
637                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
638
639                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
640                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
641                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
642
643                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
644                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
645                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
646                     k += 6;
647
648                 else if (defendedSquares & blockSq)
649                     k += 4;
650
651                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
652             }
653             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
654                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
655         } // rr != 0
656
657         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
658             ebonus += ebonus / 4;
659
660         score += make_score(mbonus, ebonus);
661     }
662
663     if (Trace)
664         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
665
666     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
667     return score * Weights[PassedPawns];
668   }
669
670
671   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
672   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
673   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
674   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
675   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
676   // improve play on game opening.
677   template<Color Us>
678   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
679
680     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
681
682     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
683     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
684     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
685     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
686                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
687                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
688                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
689
690     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
691     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
692     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
693     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
694
695     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
696     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
697
698     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
699     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
700     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
701                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
702
703     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
704   }
705
706
707   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
708
709   template<bool Trace>
710   Value do_evaluate(const Position& pos) {
711
712     assert(!pos.checkers());
713
714     EvalInfo ei;
715     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
716
717     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
718     // in the position object (material + piece square tables).
719     // Score is computed from the point of view of white.
720     score = pos.psq_score();
721
722     // Probe the material hash table
723     ei.mi = Material::probe(pos);
724     score += ei.mi->imbalance();
725
726     // If we have a specialized evaluation function for the current material
727     // configuration, call it and return.
728     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
729         return ei.mi->evaluate(pos);
730
731     // Probe the pawn hash table
732     ei.pi = Pawns::probe(pos);
733     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
734
735     // Initialize attack and king safety bitboards
736     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
737     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
738
739     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
740     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
741
742     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
743     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
744                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
745
746     // Evaluate pieces and mobility
747     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
748     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
749
750     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
751     // information when computing the king safety evaluation.
752     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
753             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
754
755     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
756     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
757             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
758
759     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
760     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
761             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
762
763     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
764     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
765     {
766         Bitboard b;
767         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
768             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
769
770         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
771             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
772     }
773
774     // Evaluate space for both sides, only during opening
775     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
776         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
777
778     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
779     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
780     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
781
782     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
783     // types of endgames, and use a lower scale for those.
784     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
785         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
786     {
787         if (pos.opposite_bishops())
788         {
789             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
790             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
791             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
792                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
793                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
794
795             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
796             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
797             else
798                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
799         }
800         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
801         // pawns are drawish.
802         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
803                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
804                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
805                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
806     }
807
808     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
809     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
810              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
811
812     v /= int(PHASE_MIDGAME);
813
814     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
815     if (Trace)
816     {
817         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
818         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
819         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
820         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
821                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
822         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
823                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
824         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
825     }
826
827     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
828   }
829
830
831   // Tracing functions
832
833   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
834
835   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
836
837   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
838     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
839   }
840
841   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
842
843     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
844     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
845
846     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
847         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
848     else
849         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
850            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
851
852     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
853        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
854
855     return os;
856   }
857
858   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
859
860     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
861
862     Value v = do_evaluate<true>(pos);
863     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
864
865     std::stringstream ss;
866     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
867        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
868        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
869        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
870        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
871        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
872        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
873        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
874        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
875        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
876        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
877        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
878        << "    King safety | " << Term(KING)
879        << "        Threats | " << Term(THREAT)
880        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
881        << "          Space | " << Term(SPACE)
882        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
883        << "          Total | " << Term(TOTAL);
884
885     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
886
887     return ss.str();
888   }
889
890 } // namespace
891
892
893 namespace Eval {
894
895   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
896   /// of the position always from the point of view of the side to move.
897
898   Value evaluate(const Position& pos) {
899     return do_evaluate<false>(pos);
900   }
901
902
903   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
904   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
905   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
906   /// debugging.
907   std::string trace(const Position& pos) {
908     return Tracing::do_trace(pos);
909   }
910
911
912   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
913
914   void init() {
915
916     const int MaxSlope = 8700;
917     const int Peak = 1280000;
918     int t = 0;
919
920     for (int i = 0; i < 400; ++i)
921     {
922         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
923         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
924     }
925   }
926
927 } // namespace Eval