Bonus passed pawn blocked by our pieces
[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) 2008-2014 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 <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
145   };
146
147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
148   // type is attacked by an enemy pawn.
149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
150     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
151   };
152
153   // Hanging contains a bonus for each enemy hanging piece
154   const Score Hanging = S(23, 20);
155
156   #undef S
157
158   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
159   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
160   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
161   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
162   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
163   const Score TrappedRook      = make_score(92,  0);
164   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
170
171   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
172   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
173   // based on how many squares inside this area are safe and available for
174   // friendly minor pieces.
175   const Bitboard SpaceMask[] = {
176     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
178   };
179
180   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
181   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
182   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
183   // index to KingDanger[].
184   //
185   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
186   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
187
188   // Bonuses for enemy's safe checks
189   const int QueenContactCheck = 24;
190   const int RookContactCheck  = 16;
191   const int QueenCheck        = 12;
192   const int RookCheck         = 8;
193   const int BishopCheck       = 2;
194   const int KnightCheck       = 3;
195
196   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
197   // scores, indexed by a calculated integer number.
198   Score KingDanger[128];
199
200   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
201
202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
205   }
206
207
208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
210
211   template<Color Us>
212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
213
214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
216
217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
218
219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221
222     // Init king safety tables only if we are going to use them
223     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
224     {
225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
229     }
230     else
231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
232   }
233
234
235   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
236
237   template<PieceType Pt, Color Us>
238   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
239
240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
241
242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
243
244     // Initial bonus based on square
245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
246
247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
250     {
251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
253             bonus += bonus + bonus / 2;
254         else
255             bonus += bonus / 2;
256     }
257
258     return make_score(bonus, bonus);
259   }
260
261
262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
263
264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
266
267     Bitboard b;
268     Square s;
269     Score score = SCORE_ZERO;
270
271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
274
275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
286
287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
288
289         if (b & ei.kingRing[Them])
290         {
291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
294             if (bb)
295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
296         }
297
298         if (Pt == QUEEN)
299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
302
303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Penalty for bishop with same colored pawns
316             if (Pt == BISHOP)
317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
318
319             // Bishop and knight outpost square
320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
321                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
322
323             // Bishop or knight behind a pawn
324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
326                 score += MinorBehindPawn;
327         }
328
329         if (Pt == ROOK)
330         {
331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
333             {
334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
335                 if (pawns)
336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
337             }
338
339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
342
343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 continue;
345
346             Square ksq = pos.king_square(Us);
347
348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
349             // king has lost its castling capability.
350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
352                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
354         }
355
356         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
358         // when that pawn is also blocked.
359         if (   Pt == BISHOP
360             && pos.is_chess960()
361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
362         {
363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
368         }
369     }
370
371     if (Trace)
372         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
373
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
416                      - mg_value(score) / 32;
417
418         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
419         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
420         // queen...
421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
422         if (b)
423         {
424             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
425             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
426                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
427
428             if (b)
429                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
430         }
431
432         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
433         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
434         // rooks...
435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
436
437         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
438         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
439
440         if (b)
441         {
442             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
443             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
444                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
445
446             if (b)
447                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
448         }
449
450         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
451         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
452
453         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
454         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
455
456         // Enemy queen safe checks
457         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
458         if (b)
459             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
460
461         // Enemy rooks safe checks
462         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
463         if (b)
464             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
465
466         // Enemy bishops safe checks
467         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
468         if (b)
469             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
470
471         // Enemy knights safe checks
472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
473         if (b)
474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
475
476         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
477         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
478
479         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
480         // array and subtract the score from evaluation.
481         score -= KingDanger[attackUnits];
482     }
483
484     if (Trace)
485         Tracing::terms[Us][KING] = score;
486
487     return score;
488   }
489
490
491   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
492   // and the type of attacked one.
493
494   template<Color Us, bool Trace>
495   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
496
497     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
498
499     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
500     Score score = SCORE_ZERO;
501
502     // Protected enemies
503     protectedEnemies = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them,PAWN))
504                       & ei.attackedBy[Them][PAWN]
505                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
506
507     if(protectedEnemies)
508         score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(protectedEnemies)))];
509
510     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
511     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
512                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
513                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
514
515     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
516     if (weakEnemies)
517     {
518         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
519         if (b)
520             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
521
522         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
523         if (b)
524             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
525
526         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
527         if (b)
528             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
529     }
530
531     if (Trace)
532         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
533
534     return score;
535   }
536
537
538   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
539
540   template<Color Us, bool Trace>
541   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
542
543     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
544
545     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
546     Score score = SCORE_ZERO;
547
548     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
549
550     while (b)
551     {
552         Square s = pop_lsb(&b);
553
554         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
555
556         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
557         int rr = r * (r - 1);
558
559         // Base bonus based on rank
560         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
561
562         if (rr)
563         {
564             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
565
566             // Adjust bonus based on the king's proximity
567             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
568                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
569
570             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
571             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
572                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
573
574             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
575             if (pos.empty(blockSq))
576             {
577                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
578
579                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
580                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
581                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
582                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
583                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
584                     unsafeSquares = squaresToQueen;
585                 else
586                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
587
588                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
589                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
590                     defendedSquares = squaresToQueen;
591                 else
592                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
593
594                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
595                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
596                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
597
598                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
599                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
600                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
601                     k += 6;
602
603                 else if (defendedSquares & blockSq)
604                     k += 4;
605
606                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
607             }
608             else if(pos.pieces(Us) & blockSq)
609                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
610         } // rr != 0
611
612         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
613             ebonus += ebonus / 4;
614
615         score += make_score(mbonus, ebonus);
616     }
617
618     if (Trace)
619         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
620
621     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
622     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
623   }
624
625
626   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
627   // candidate pawns. In case both players have no pieces but pawns, this is
628   // somewhat related to the possibility that pawns are unstoppable.
629
630   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
631
632     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
633
634     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
635   }
636
637
638   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
639   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
640   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
641   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
642   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
643   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
644   template<Color Us>
645   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
646
647     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
648
649     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
650     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
651     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
652     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
653                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
654                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
655                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
656
657     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
658     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
659     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
660     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
661
662     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
663     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
664
665     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
666     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
667   }
668
669
670   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
671
672   template<bool Trace>
673   Value do_evaluate(const Position& pos) {
674
675     assert(!pos.checkers());
676
677     EvalInfo ei;
678     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
679     Thread* thisThread = pos.this_thread();
680
681     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
682     // in the position object (material + piece square tables).
683     // Score is computed from the point of view of white.
684     score = pos.psq_score();
685
686     // Probe the material hash table
687     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
688     score += ei.mi->material_value();
689
690     // If we have a specialized evaluation function for the current material
691     // configuration, call it and return.
692     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
693         return ei.mi->evaluate(pos);
694
695     // Probe the pawn hash table
696     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
697     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
698
699     // Initialize attack and king safety bitboards
700     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
701     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
702
703     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
704     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
705
706     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
707     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
708                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
709
710     // Evaluate pieces and mobility
711     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
712     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
713
714     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
715     // information when computing the king safety evaluation.
716     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
717             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
718
719     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
720     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
721             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
722
723     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
724     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
725             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
726
727     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
728     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
729         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
730                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
731
732     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
733     if (ei.mi->space_weight())
734     {
735         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
736         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
737     }
738
739     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
740     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
741     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
742
743     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
744     // types of endgames, and use a lower scale for those.
745     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
746         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
747     {
748         if (pos.opposite_bishops()) {
749             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
750             // other pieces?
751             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
752                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
753             {
754                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
755                 // certainly a draw or at least two pawns.
756                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
757                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
758             }
759             else
760                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
761                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
762                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
763         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
764                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
765                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
766             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
767             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
768         }
769     }
770
771     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
772     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
773              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
774
775     v /= int(PHASE_MIDGAME);
776
777     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
778     if (Trace)
779     {
780         Tracing::add_term(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
781         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
782         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
783         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
784                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
785         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
786         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
787         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
788         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
789         Tracing::ei = ei;
790         Tracing::sf = sf;
791     }
792
793     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
794   }
795
796
797   // Tracing function definitions
798
799   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
800
801   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
802
803     terms[WHITE][idx] = wScore;
804     terms[BLACK][idx] = bScore;
805   }
806
807   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
808
809     Score wScore = terms[WHITE][idx];
810     Score bScore = terms[BLACK][idx];
811
812     switch (idx) {
813     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
814         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
815            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
816            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
817         break;
818     default:
819         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
820            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
821            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
822            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
823            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
824            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
825            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
826     }
827   }
828
829   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
830
831     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
832
833     Value v = do_evaluate<true>(pos);
834     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
835
836     std::stringstream ss;
837     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
838        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
839        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
840        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
841
842     format_row(ss, "Material", MATERIAL);
843     format_row(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
844     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
845     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
846     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
847     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
848     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
849     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
850     format_row(ss, "King safety", KING);
851     format_row(ss, "Threats", THREAT);
852     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
853     format_row(ss, "Space", SPACE);
854
855     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
856     format_row(ss, "Total", TOTAL);
857
858     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
859
860     return ss.str();
861   }
862
863 } // namespace
864
865
866 namespace Eval {
867
868   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
869   /// of the position always from the point of view of the side to move.
870
871   Value evaluate(const Position& pos) {
872     return do_evaluate<false>(pos) + Tempo;
873   }
874
875
876   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
877   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
878   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
879   /// debugging.
880   std::string trace(const Position& pos) {
881     return Tracing::do_trace(pos);
882   }
883
884
885   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
886   /// and setup king tables.
887
888   void init() {
889
890     const double MaxSlope = 30;
891     const double Peak = 1280;
892
893     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
894     {
895         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
896         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
897     }
898   }
899
900 } // namespace Eval