63541c2affbe00fa56d3477e55a712b83ce4a98d
[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) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knight
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishop
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rook
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queen
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(21, 4), S(47, 25) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(2, 44), S(36, 71), S(36, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
127   };
128
129   // Assorted bonuses and penalties
130   constexpr Score BishopPawns         = S(  3,  7);
131   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
132   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
133   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
134   constexpr Score KingProtector       = S(  7,  8);
135   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 12);
136   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
137   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
138   constexpr Score Outpost             = S( 30, 21);
139   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
140   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
141   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
142   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  7,  6);
143   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 59, 18);
144   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
145   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
146   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
147   constexpr Score TrappedRook         = S( 52, 10);
148   constexpr Score WeakQueen           = S( 49, 15);
149   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 14,  0);
150
151 #undef S
152
153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
154   template<Tracing T>
155   class Evaluation {
156
157   public:
158     Evaluation() = delete;
159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
161     Value value();
162
163   private:
164     template<Color Us> void initialize();
165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
166     template<Color Us> Score king() const;
167     template<Color Us> Score threats() const;
168     template<Color Us> Score passed() const;
169     template<Color Us> Score space() const;
170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
171     Score initiative(Score score) const;
172
173     const Position& pos;
174     Material::Entry* me;
175     Pawns::Entry* pe;
176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
178
179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
181     // is also calculated is ALL_PIECES.
182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
183
184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
187
188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
189     // very near squares, depending on king position.
190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
191
192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
195
196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
199     // the KingAttackWeights array.
200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
201
202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
206     // to kingAttacksCount[WHITE].
207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
208   };
209
210
211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
213   template<Tracing T> template<Color Us>
214   void Evaluation<T>::initialize() {
215
216     constexpr Color     Them = ~Us;
217     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
218     constexpr Direction Down = -Up;
219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
220
221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
222
223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
224
225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
227
228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
229     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
231
232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
237
238     // Init our king safety tables
239     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
240                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
241     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
242
243     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
244     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
245
246     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
247     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
248   }
249
250
251   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
252   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
253   Score Evaluation<T>::pieces() {
254
255     constexpr Color     Them = ~Us;
256     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
257     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
258                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
260
261     Bitboard b, bb;
262     Score score = SCORE_ZERO;
263
264     attackedBy[Us][Pt] = 0;
265
266     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
267     {
268         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
269         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
270           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
271                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
272
273         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
274             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
275
276         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
277         attackedBy[Us][Pt] |= b;
278         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
279
280         if (b & kingRing[Them])
281         {
282             kingAttackersCount[Us]++;
283             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
284             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
285         }
286
287         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
288
289         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
290
291         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
292         {
293             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
294             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
295             if (bb & s)
296                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
297
298             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
299                 score += Outpost;
300
301             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
302             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
303                 score += MinorBehindPawn;
304
305             // Penalty if the piece is far from the king
306             score -= KingProtector * distance(pos.square<KING>(Us), s);
307
308             if (Pt == BISHOP)
309             {
310                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
311                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
312                 // when the bishop is outside the pawn chain.
313                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
314
315                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
316                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
317
318                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
319                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
320                     score += LongDiagonalBishop;
321
322                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
323                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
324                 // when that pawn is also blocked.
325                 if (   pos.is_chess960()
326                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
327                 {
328                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
329                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
330                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
331                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
332                                                                                   : CorneredBishop;
333                 }
334             }
335         }
336
337         if (Pt == ROOK)
338         {
339             // Bonus for rook on the same file as a queen
340             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
341                 score += RookOnQueenFile;
342
343             // Bonus for rook on an open or semi-open file
344             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
345                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
346
347             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
348             else if (mob <= 3)
349             {
350                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
351                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
352                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
353             }
354         }
355
356         if (Pt == QUEEN)
357         {
358             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
359             Bitboard queenPinners;
360             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
361                 score -= WeakQueen;
362         }
363     }
364     if (T)
365         Trace::add(Pt, Us, score);
366
367     return score;
368   }
369
370
371   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
372   template<Tracing T> template<Color Us>
373   Score Evaluation<T>::king() const {
374
375     constexpr Color    Them = ~Us;
376     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
377                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
378
379     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
380     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
381     int kingDanger = 0;
382     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
383
384     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
385     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
386
387     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
388     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
389           & ~attackedBy2[Us]
390           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
391
392     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
393     safe  = ~pos.pieces(Them);
394     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
395
396     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
397     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
398
399     // Enemy rooks checks
400     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
401
402     if (rookChecks)
403         kingDanger += RookSafeCheck;
404     else
405         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
406
407     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
408     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
409     queenChecks =  (b1 | b2)
410                  & attackedBy[Them][QUEEN]
411                  & safe
412                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
413                  & ~rookChecks;
414
415     if (queenChecks)
416         kingDanger += QueenSafeCheck;
417
418     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
419     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
420     bishopChecks =  b2
421                   & attackedBy[Them][BISHOP]
422                   & safe
423                   & ~queenChecks;
424
425     if (bishopChecks)
426         kingDanger += BishopSafeCheck;
427     else
428         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
429
430     // Enemy knights checks
431     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
432
433     if (knightChecks & safe)
434         kingDanger += KnightSafeCheck;
435     else
436         unsafeChecks |= knightChecks;
437
438     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
439     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
440     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
441     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
442     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
443
444     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
445     int kingFlankDefense = popcount(b3);
446
447     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
448                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
449                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
450                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
451                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
452                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
453                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
454                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
455                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
456                  -   6 * mg_value(score) / 8
457                  -   4 * kingFlankDefense
458                  +  37;
459
460     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
461     if (kingDanger > 100)
462         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
463
464     // Penalty when our king is on a pawnless flank
465     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
466         score -= PawnlessFlank;
467
468     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
469     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
470
471     if (T)
472         Trace::add(KING, Us, score);
473
474     return score;
475   }
476
477
478   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
479   // attacking and the attacked pieces.
480   template<Tracing T> template<Color Us>
481   Score Evaluation<T>::threats() const {
482
483     constexpr Color     Them     = ~Us;
484     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
485     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
486
487     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
488     Score score = SCORE_ZERO;
489
490     // Non-pawn enemies
491     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
492
493     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
494     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
495     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
496                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
497
498     // Non-pawn enemies, strongly protected
499     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
500
501     // Enemies not strongly protected and under our attack
502     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
503
504     // Bonus according to the kind of attacking pieces
505     if (defended | weak)
506     {
507         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
508         while (b)
509             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
510
511         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
512         while (b)
513             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
514
515         if (weak & attackedBy[Us][KING])
516             score += ThreatByKing;
517
518         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
519            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
520         score += Hanging * popcount(weak & b);
521
522         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
523         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
524     }
525
526     // Bonus for restricting their piece moves
527     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
528        & ~stronglyProtected
529        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
530     score += RestrictedPiece * popcount(b);
531
532     // Protected or unattacked squares
533     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
534
535     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
536     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
537     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
538     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
539
540     // Find squares where our pawns can push on the next move
541     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
542     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
543
544     // Keep only the squares which are relatively safe
545     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
546
547     // Bonus for safe pawn threats on the next move
548     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
549     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
550
551     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
552     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
553     {
554         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
555         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
556
557         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
558
559         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
560
561         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
562            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
563
564         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
565     }
566
567     if (T)
568         Trace::add(THREAT, Us, score);
569
570     return score;
571   }
572
573   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
574   // pawns of the given color.
575
576   template<Tracing T> template<Color Us>
577   Score Evaluation<T>::passed() const {
578
579     constexpr Color     Them = ~Us;
580     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
581
582     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
583       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
584     };
585
586     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
587     Score score = SCORE_ZERO;
588
589     b = pe->passed_pawns(Us);
590
591     while (b)
592     {
593         Square s = pop_lsb(&b);
594
595         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
596
597         int r = relative_rank(Us, s);
598
599         Score bonus = PassedRank[r];
600
601         if (r > RANK_3)
602         {
603             int w = 5 * r - 13;
604             Square blockSq = s + Up;
605
606             // Adjust bonus based on the king's proximity
607             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
608                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
609
610             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
611             if (r != RANK_7)
612                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
613
614             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
615             if (pos.empty(blockSq))
616             {
617                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
618                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
619
620                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
621
622                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
623                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
624
625                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
626                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
627                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
628                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
629                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
630                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
631                                                              0 ;
632
633                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
634                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
635                     k += 5;
636
637                 bonus += make_score(k * w, k * w);
638             }
639         } // r > RANK_3
640
641         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
642         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
643         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
644             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
645             bonus = bonus / 2;
646
647         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
648     }
649
650     if (T)
651         Trace::add(PASSED, Us, score);
652
653     return score;
654   }
655
656
657   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
658   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
659   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
660   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
661   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
662   // improve play on game opening.
663
664   template<Tracing T> template<Color Us>
665   Score Evaluation<T>::space() const {
666
667     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
668         return SCORE_ZERO;
669
670     constexpr Color Them     = ~Us;
671     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
672     constexpr Bitboard SpaceMask =
673       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
674                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
675
676     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
677     Bitboard safe =   SpaceMask
678                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
679                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
680
681     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
682     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
683     behind |= shift<Down>(behind);
684     behind |= shift<Down+Down>(behind);
685
686     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
687     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
688     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
689
690     if (T)
691         Trace::add(SPACE, Us, score);
692
693     return score;
694   }
695
696
697   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
698   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
699   // known attacking/defending status of the players.
700
701   template<Tracing T>
702   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
703
704     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
705                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
706
707     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
708                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
709
710     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
711                            && !pawnsOnBothFlanks;
712
713     bool infiltration = rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
714                      || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
715
716     // Compute the initiative bonus for the attacking side
717     int complexity =   9 * pe->passed_count()
718                     + 11 * pos.count<PAWN>()
719                     +  9 * outflanking
720                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
721                     + 24 * infiltration
722                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
723                     - 43 * almostUnwinnable
724                     -110 ;
725
726     Value mg = mg_value(score);
727     Value eg = eg_value(score);
728
729     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
730     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
731     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
732     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
733     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
734
735     if (T)
736         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
737
738     return make_score(u, v);
739   }
740
741
742   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
743
744   template<Tracing T>
745   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
746
747     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
748     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
749
750     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
751     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
752     {
753         if (   pos.opposite_bishops()
754             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
755             sf = 22 ;
756         else
757             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
758
759         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
760     }
761
762     return ScaleFactor(sf);
763   }
764
765
766   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
767   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
768   // of view of the side to move.
769
770   template<Tracing T>
771   Value Evaluation<T>::value() {
772
773     assert(!pos.checkers());
774
775     // Probe the material hash table
776     me = Material::probe(pos);
777
778     // If we have a specialized evaluation function for the current material
779     // configuration, call it and return.
780     if (me->specialized_eval_exists())
781         return me->evaluate(pos);
782
783     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
784     // the position object (material + piece square tables) and the material
785     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
786     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
787
788     // Probe the pawn hash table
789     pe = Pawns::probe(pos);
790     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
791
792     // Early exit if score is high
793     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
794     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
795        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
796
797     // Main evaluation begins here
798
799     initialize<WHITE>();
800     initialize<BLACK>();
801
802     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
803     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
804             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
805             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
806             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
807
808     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
809
810     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
811             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
812             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
813             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
814
815     score += initiative(score);
816
817     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
818     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
819     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
820        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
821
822     v /= PHASE_MIDGAME;
823
824     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
825     if (T)
826     {
827         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
828         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
829         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
830         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
831         Trace::add(TOTAL, score);
832     }
833
834     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo; // Side to move point of view
835   }
836
837 } // namespace
838
839
840 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
841 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
842
843 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
844   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
845 }
846
847
848 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
849 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
850 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
851
852 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
853
854   if (pos.checkers())
855       return "Total evaluation: none (in check)";
856
857   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
858
859   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
860
861   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
862
863   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
864
865   std::stringstream ss;
866   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
867      << "     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      << "     Bishops | " << 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 | " << Term(PASSED)
881      << "       Space | " << Term(SPACE)
882      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
883      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
884      << "       Total | " << Term(TOTAL);
885
886   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
887
888   return ss.str();
889 }