]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
6180c482ff79e7372c98940c6c5d01c4f1cec6d3
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 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     Material::Entry* me;
77     Pawns::Entry* pe;
78     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
79
80     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
81     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
82     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
83
84     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
85     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
86     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
87     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
88
89     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
90     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
91     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
92     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
93     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
94     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
95     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
96
97     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
98     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
99     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
100
101     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
102     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
103     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
104     // KingAttackWeights array.
105     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
106
107     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
108     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
109     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
110     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
111     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
112     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
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 game,
119   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
120   const Score MobilityBonus[][32] = {
121     {}, {},
122     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
123       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
124     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
125       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
126       S( 91, 88), S( 98, 97) },
127     { S(-60,-77), S(-26,-20), S(-11, 27), S( -6, 57), S( -3, 69), S( -1, 82), // Rooks
128       S( 10,109), S( 16,121), S( 24,131), S( 25,143), S( 32,155), S( 32,163),
129       S( 43,167), S( 48,171), S( 56,173) },
130     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
131       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
132       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
133       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
134       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
135   };
136
137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
138   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
139   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
140   // then score is doubled.
141   const Score Outpost[][2] = {
142     { S(22, 6), S(33, 9) }, // Knight
143     { S( 9, 2), S(14, 4) }  // Bishop
144   };
145
146   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
147   // friendly pawn on the rook file.
148   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
149
150   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
151   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
152   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
153     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
154   };
155
156   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
157   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
158   // pawn-defended are not considered.
159   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
160     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
161   };
162
163   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
164     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
165   };
166
167   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
168   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
169   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
170
171   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
172   // We don't use a Score because we process the two components independently.
173   const Value Passed[][RANK_NB] = {
174     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
175     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
176   };
177
178   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
179   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
180     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
181     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
182   };
183
184   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
185   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
186   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
187   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
188   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
189   const Score WeakQueen           = S(50, 10);
190   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
191   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
192   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
193   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
194   const Score ThreatByRank        = S(16,  3);
195   const Score Hanging             = S(48, 27);
196   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
197   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
198
199   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
200   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
201   // happen in Chess960 games.
202   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
203
204   #undef S
205   #undef V
206
207   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
208   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
209
210   // Penalties for enemy's safe checks
211   const int QueenCheck        = 745;
212   const int RookCheck         = 688;
213   const int BishopCheck       = 588;
214   const int KnightCheck       = 924;
215
216   // Threshold for lazy evaluation
217   const Value LazyThreshold = Value(1500);
218
219   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
220   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
221
222   template<Color Us>
223   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
224
225     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
226     const Square Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
227     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
228     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
229
230     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
231     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
232
233     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
234     // are excluded from the mobility area.
235     ei.mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | ei.pe->pawn_attacks(Them));
236
237     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
238     b = ei.attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
239     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pe->pawn_attacks(Us);
240
241     ei.attackedBy2[Us]            = b & ei.attackedBy[Us][PAWN];
242     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | ei.attackedBy[Us][PAWN];
243
244     // Init our king safety tables only if we are going to use them
245     if (pos.non_pawn_material(Them) >= QueenValueMg)
246     {
247         ei.kingRing[Us] = b | shift<Up>(b);
248         ei.kingAttackersCount[Them] = popcount(b & ei.pe->pawn_attacks(Them));
249         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = ei.kingAttackersWeight[Them] = 0;
250     }
251     else
252         ei.kingRing[Us] = ei.kingAttackersCount[Them] = 0;
253   }
254
255
256   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
257   // color and type.
258
259   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
260   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
261
262     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
263     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
264     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
265                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
266     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
267
268     Bitboard b, bb;
269     Square s;
270     Score score = SCORE_ZERO;
271
272     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
273
274     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
275     {
276         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
277         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
278           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
279                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
280
281         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
282             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
283
284         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
285         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
286
287         if (b & ei.kingRing[Them])
288         {
289             ei.kingAttackersCount[Us]++;
290             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
291             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
292         }
293
294         int mob = popcount(b & ei.mobilityArea[Us]);
295
296         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
297
298         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
299         {
300             // Bonus for outpost squares
301             bb = OutpostRanks & ~ei.pe->pawn_attacks_span(Them);
302             if (bb & s)
303                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
304             else
305             {
306                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
307                 if (bb)
308                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
309             }
310
311             // Bonus when behind a pawn
312             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
313                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
314                 score += MinorBehindPawn;
315
316             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
317             if (Pt == BISHOP)
318                 score -= BishopPawns * ei.pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
319
320             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
321             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
322             // when that pawn is also blocked.
323             if (   Pt == BISHOP
324                 && pos.is_chess960()
325                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
326             {
327                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
328                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
329                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
330                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
331                                                                               : TrappedBishopA1H1;
332             }
333         }
334
335         if (Pt == ROOK)
336         {
337             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
338             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
339                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
340
341             // Bonus when on an open or semi-open file
342             if (ei.pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
343                 score += RookOnFile[!!ei.pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
344
345             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
346             else if (mob <= 3)
347             {
348                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
349
350                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                     && !ei.pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
352                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
353             }
354         }
355
356         if (Pt == QUEEN)
357         {
358             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
359             Bitboard pinners;
360             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
361                 score -= WeakQueen;
362         }
363     }
364
365     if (DoTrace)
366         Trace::add(Pt, Us, score);
367
368     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
369     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility);
370   }
371
372   template<>
373   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
374   template<>
375   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
376
377
378   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
379
380   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
381   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
382   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
383
384   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
385     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
386   };
387
388   template<Color Us, bool DoTrace>
389   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
390
391     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
392     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
393     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
394                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
395
396     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
397     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
398     int kingDanger;
399
400     // King shelter and enemy pawns storm
401     Score score = ei.pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
402
403     // Main king safety evaluation
404     if (ei.kingAttackersCount[Them])
405     {
406         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
407         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
408                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
409                     & ~ei.attackedBy2[Us];
410
411         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
412         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
413            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
414
415         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
416         // later into a king danger score. The initial value is based on the
417         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
418         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
419         // the pawn shelter (current 'score' value).
420         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
421                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
422                     + 235 * popcount(undefended)
423                     + 134 * (popcount(b) + !!pos.pinned_pieces(Us))
424                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
425                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
426
427         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
428         safe  = ~pos.pieces(Them);
429         safe &= ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (undefended & ei.attackedBy2[Them]);
430
431         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
432         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
433
434         // Enemy queen safe checks
435         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
436             kingDanger += QueenCheck;
437
438         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
439         // and only defended by our queen.
440         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
441                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
442                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
443
444         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
445         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
446         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
447         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
448                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
449
450         // Enemy rooks safe and other checks
451         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
452             kingDanger += RookCheck;
453
454         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
455             score -= OtherCheck;
456
457         // Enemy bishops safe and other checks
458         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
459             kingDanger += BishopCheck;
460
461         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
462             score -= OtherCheck;
463
464         // Enemy knights safe and other checks
465         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
466         if (b & safe)
467             kingDanger += KnightCheck;
468
469         else if (b & other)
470             score -= OtherCheck;
471
472         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
473         if (kingDanger > 0)
474             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
475     }
476
477     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
478     File kf = file_of(ksq);
479     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
480
481     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
482     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
483
484     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
485     // which are not defended by our pawns.
486     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
487        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
488
489     score -= CloseEnemies * popcount(b);
490
491     // Penalty when our king is on a pawnless flank
492     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
493         score -= PawnlessFlank;
494
495     if (DoTrace)
496         Trace::add(KING, Us, score);
497
498     return score;
499   }
500
501
502   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
503   // and the attacked pieces.
504
505   template<Color Us, bool DoTrace>
506   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
507
508     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
509     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
510     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
511     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
512     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
513     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
514
515     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
516     Score score = SCORE_ZERO;
517
518     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
519     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
520
521     if (weak)
522     {
523         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
524                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
525
526         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
527
528         if (weak ^ safeThreats)
529             score += ThreatByHangingPawn;
530
531         while (safeThreats)
532             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
533     }
534
535     // Non-pawn enemies defended by a pawn
536     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
537
538     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
539     weak =   pos.pieces(Them)
540           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
541           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
542
543     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
544     if (defended | weak)
545     {
546         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
547         while (b)
548         {
549             Square s = pop_lsb(&b);
550             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
551             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
552                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
553         }
554
555         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
556         while (b)
557         {
558             Square s = pop_lsb(&b);
559             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
560             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
561                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
562         }
563
564         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
565
566         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
567         if (b)
568             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
569     }
570
571     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
572     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
573     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
574
575     b &=  ~pos.pieces()
576         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
577         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
578
579     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
580        &  pos.pieces(Them)
581        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
582
583     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
584
585     if (DoTrace)
586         Trace::add(THREAT, Us, score);
587
588     return score;
589   }
590
591
592   // evaluate_passer_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
593   // pawns of the given color.
594
595   template<Color Us, bool DoTrace>
596   Score evaluate_passer_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
597
598     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
599
600     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
601     Score score = SCORE_ZERO;
602
603     b = ei.pe->passed_pawns(Us);
604
605     while (b)
606     {
607         Square s = pop_lsb(&b);
608
609         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
610
611         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
612         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
613
614         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
615         int rr = r * (r - 1);
616
617         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
618
619         if (rr)
620         {
621             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
622
623             // Adjust bonus based on the king's proximity
624             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
625                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
626
627             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
628             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
629                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
630
631             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
632             if (pos.empty(blockSq))
633             {
634                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
635                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
636                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
637                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
638
639                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
640
641                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
642                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
643
644                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
645                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
646
647                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
648                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
649                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
650
651                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
652                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
653                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
654                     k += 6;
655
656                 else if (defendedSquares & blockSq)
657                     k += 4;
658
659                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
660             }
661             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
662                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
663         } // rr != 0
664
665         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one pawn
666         // push to become passed.
667         if (!pos.pawn_passed(Us, s + pawn_push(Us)))
668             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
669
670         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
671     }
672
673     if (DoTrace)
674         Trace::add(PASSED, Us, score);
675
676     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
677     return score;
678   }
679
680
681   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
682   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
683   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
684   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
685   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
686   // improve play on game opening.
687   template<Color Us>
688   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
689
690     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
691     const Bitboard SpaceMask =
692       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
693                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
694
695     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
696     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
697     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
698     Bitboard safe =   SpaceMask
699                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
700                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
701                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
702
703     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
704     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
705     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
706     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
707
708     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
709     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
710
711     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
712     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
713     bonus = std::min(16, bonus);
714     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pe->open_files();
715
716     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
717   }
718
719
720   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
721   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
722   // status of the players.
723   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
724
725     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
726                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
727     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
728     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
729
730     // Compute the initiative bonus for the attacking side
731     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 17) + 12 * pawns + 16 * bothFlanks;
732
733     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
734     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
735     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
736     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
737
738     return make_score(0, value);
739   }
740
741
742   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
743   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
744
745     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
746     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
747
748     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
749     // types of endgames, and use a lower scale for those.
750     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
751     {
752         if (pos.opposite_bishops())
753         {
754             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
755             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
756             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
757                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
758                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
759
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             return ScaleFactor(46);
763         }
764         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
765         // pawns are drawish.
766         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
767                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
768                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
769             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
770     }
771
772     return sf;
773   }
774
775 } // namespace
776
777
778 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
779 /// of the position from the point of view of the side to move.
780
781 template<bool DoTrace>
782 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
783
784   assert(!pos.checkers());
785
786   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
787   Value v;
788   EvalInfo ei;
789
790   // Probe the material hash table
791   ei.me = Material::probe(pos);
792
793   // If we have a specialized evaluation function for the current material
794   // configuration, call it and return.
795   if (ei.me->specialized_eval_exists())
796       return ei.me->evaluate(pos);
797
798   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
799   // the position object (material + piece square tables) and the material
800   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
801   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
802
803   // Probe the pawn hash table
804   ei.pe = Pawns::probe(pos);
805   score += ei.pe->pawns_score();
806
807   // Early exit if score is high
808   v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
809   if (abs(v) > LazyThreshold)
810      return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
811
812   // Initialize attack and king safety bitboards
813   eval_init<WHITE>(pos, ei);
814   eval_init<BLACK>(pos, ei);
815
816   // Evaluate all pieces but king and pawns
817   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility);
818   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
819
820   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
821   // information when computing the king safety evaluation.
822   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
823           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
824
825   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
826   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
827           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
828
829   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
830   score +=  evaluate_passer_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
831           - evaluate_passer_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
832
833   // Evaluate space for both sides, only during opening
834   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
835       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
836               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
837
838   // Evaluate position potential for the winning side
839   score += evaluate_initiative(pos, ei.pe->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
840
841   // Evaluate scale factor for the winning side
842   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
843
844   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
845   v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
846      + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
847
848   v /= int(PHASE_MIDGAME);
849
850   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
851   if (DoTrace)
852   {
853       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
854       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
855       Trace::add(PAWN, ei.pe->pawns_score());
856       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
857       if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
858           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
859                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
860       Trace::add(TOTAL, score);
861   }
862
863   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
864 }
865
866 // Explicit template instantiations
867 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
868 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
869
870
871 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
872 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
873 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
874
875 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
876
877   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
878
879   Value v = evaluate<true>(pos);
880   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
881
882   std::stringstream ss;
883   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
884      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
885      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
886      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
887      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
888      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
889      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
890      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
891      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
892      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
893      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
894      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
895      << "    King safety | " << Term(KING)
896      << "        Threats | " << Term(THREAT)
897      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
898      << "          Space | " << Term(SPACE)
899      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
900      << "          Total | " << Term(TOTAL);
901
902   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
903
904   return ss.str();
905 }