Fix some warnings with Intel C++ compiler
[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   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
154   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
155   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
156   const Score RookOnPawn       = S(10, 28);
157   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
158   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
159   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
160   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
161   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
162   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
163   const Score Hanging          = S(23, 20);
164
165   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
166   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
167   // happen in Chess960 games.
168   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
169
170   #undef S
171
172   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
173   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
174   // based on how many squares inside this area are safe and available for
175   // friendly minor pieces.
176   const Bitboard SpaceMask[] = {
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
179   };
180
181   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
182   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
183   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
184   // index to KingDanger[].
185   //
186   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
187   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
188
189   // Bonuses for enemy's safe checks
190   const int QueenContactCheck = 24;
191   const int RookContactCheck  = 16;
192   const int QueenCheck        = 12;
193   const int RookCheck         = 8;
194   const int BishopCheck       = 2;
195   const int KnightCheck       = 3;
196
197   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
198   // scores, indexed by a calculated integer number.
199   Score KingDanger[128];
200
201   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
202
203   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
204   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
205     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
206   }
207
208
209   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
210   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
211
212   template<Color Us>
213   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
214
215     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
216     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
217
218     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
219
220     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
221     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
222
223     // Init king safety tables only if we are going to use them
224     if (pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
225     {
226         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
227         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
228         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
229         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
230     }
231     else
232         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
233   }
234
235
236   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
237
238   template<PieceType Pt, Color Us>
239   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
240
241     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
242
243     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
244
245     // Initial bonus based on square
246     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
247
248     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
249     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
250     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
251     {
252         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
253             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
254             bonus += bonus + bonus / 2;
255         else
256             bonus += bonus / 2;
257     }
258
259     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
260   }
261
262
263   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
264
265   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
266   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
267
268     Bitboard b;
269     Square s;
270     Score score = SCORE_ZERO;
271
272     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
273     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
274     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
275
276     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
277
278     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
279     {
280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
284
285         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
286             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
287
288         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
289
290         if (b & ei.kingRing[Them])
291         {
292             ei.kingAttackersCount[Us]++;
293             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
294             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
295             if (bb)
296                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
297         }
298
299         if (Pt == QUEEN)
300             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
301                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
302                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
303
304         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
305                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
306
307         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
308
309         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
310         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
311         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
312             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
313
314         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
315         {
316             // Penalty for bishop with same colored pawns
317             if (Pt == BISHOP)
318                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
319
320             // Bishop and knight outpost square
321             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
322                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
323
324             // Bishop or knight behind a pawn
325             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
326                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
327                 score += MinorBehindPawn;
328         }
329
330         if (Pt == ROOK)
331         {
332             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
333             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
334             {
335                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
336                 if (pawns)
337                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
338             }
339
340             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
341             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
342                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
343
344             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
345                 continue;
346
347             Square ksq = pos.king_square(Us);
348
349             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
350             // king has lost its castling capability.
351             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
352                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
353                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
354                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
355         }
356
357         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
358         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
359         // when that pawn is also blocked.
360         if (   Pt == BISHOP
361             && pos.is_chess960()
362             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
363         {
364             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
365             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
366                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
367                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
368                                                                           : TrappedBishopA1H1;
369         }
370     }
371
372     if (Trace)
373         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
374
375     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
376   }
377
378   template<>
379   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
380   template<>
381   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
382
383
384   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
385
386   template<Color Us, bool Trace>
387   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
388
389     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
390
391     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
392     int attackUnits;
393     const Square ksq = pos.king_square(Us);
394
395     // King shelter and enemy pawns storm
396     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
397
398     // Main king safety evaluation
399     if (ei.kingAttackersCount[Them])
400     {
401         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
402         // apart from the king itself
403         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
404                     & ei.attackedBy[Us][KING]
405                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
406                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
407                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
408
409         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
410         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
411         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
412         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
413         // the pawn shelter (current 'score' value).
414         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
415                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
416                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
417                      - mg_value(score) / 32
418                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
419
420         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
421         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
422         // queen...
423         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
424         if (b)
425         {
426             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
427             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
428                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
429
430             if (b)
431                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
432         }
433
434         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
435         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
436         // rooks...
437         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
438
439         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
440         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
441
442         if (b)
443         {
444             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
445             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
446                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
447
448             if (b)
449                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
450         }
451
452         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
453         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
454
455         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
456         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
457
458         // Enemy queen safe checks
459         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
460         if (b)
461             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
462
463         // Enemy rooks safe checks
464         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
465         if (b)
466             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
467
468         // Enemy bishops safe checks
469         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
470         if (b)
471             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
472
473         // Enemy knights safe checks
474         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
475         if (b)
476             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
477
478         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
479         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
480
481         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
482         // array and subtract the score from evaluation.
483         score -= KingDanger[attackUnits];
484     }
485
486     if (Trace)
487         Tracing::terms[Us][KING] = score;
488
489     return score;
490   }
491
492
493   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
494   // and the type of attacked one.
495
496   template<Color Us, bool Trace>
497   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
498
499     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
500
501     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
502     Score score = SCORE_ZERO;
503     enum { Minor, Major };
504
505     // Protected enemies
506     protectedEnemies = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them,PAWN))
507                       & ei.attackedBy[Them][PAWN]
508                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
509
510     if (protectedEnemies)
511         score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(protectedEnemies)))];
512
513     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
514     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
515                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
516                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
517
518     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
519     if (weakEnemies)
520     {
521         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
522         if (b)
523             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
524
525         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
526         if (b)
527             score += Threat[Major][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
528
529         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
530         if (b)
531             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
532
533         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
534         if (b)
535             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
536     }
537
538     if (Trace)
539         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
540
541     return score;
542   }
543
544
545   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
546
547   template<Color Us, bool Trace>
548   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
549
550     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
551
552     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
553     Score score = SCORE_ZERO;
554
555     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
556
557     while (b)
558     {
559         Square s = pop_lsb(&b);
560
561         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
562
563         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
564         int rr = r * (r - 1);
565
566         // Base bonus based on rank
567         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
568
569         if (rr)
570         {
571             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
572
573             // Adjust bonus based on the king's proximity
574             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
575                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
576
577             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
578             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
579                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
580
581             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
582             if (pos.empty(blockSq))
583             {
584                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
585                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
586                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
587                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
588
589                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
590
591                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
592                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
593
594                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
595                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
596
597                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
598                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
599                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
600
601                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
602                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
603                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
604                     k += 6;
605
606                 else if (defendedSquares & blockSq)
607                     k += 4;
608
609                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
610             }
611             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
612                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
613         } // rr != 0
614
615         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
616             ebonus += ebonus / 4;
617
618         score += make_score(mbonus, ebonus);
619     }
620
621     if (Trace)
622         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
623
624     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
625     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
626   }
627
628
629   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
630   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
631   // possibility that pawns are unstoppable.
632
633   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
634
635     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
636
637     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
638   }
639
640
641   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
642   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
643   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
644   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
645   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
646   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
647   template<Color Us>
648   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
649
650     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
651
652     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
653     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
654     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
655     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
656                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
657                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
658                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
659
660     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
661     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
662     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
663     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
664
665     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
666     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
667
668     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
669     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
670   }
671
672
673   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
674
675   template<bool Trace>
676   Value do_evaluate(const Position& pos) {
677
678     assert(!pos.checkers());
679
680     EvalInfo ei;
681     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
682     Thread* thisThread = pos.this_thread();
683
684     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
685     // in the position object (material + piece square tables).
686     // Score is computed from the point of view of white.
687     score = pos.psq_score();
688
689     // Probe the material hash table
690     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
691     score += ei.mi->material_value();
692
693     // If we have a specialized evaluation function for the current material
694     // configuration, call it and return.
695     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
696         return ei.mi->evaluate(pos);
697
698     // Probe the pawn hash table
699     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
700     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
701
702     // Initialize attack and king safety bitboards
703     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
704     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
705
706     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
707     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
708
709     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
710     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
711                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
712
713     // Evaluate pieces and mobility
714     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
715     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
716
717     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
718     // information when computing the king safety evaluation.
719     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
720             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
721
722     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
723     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
724             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
725
726     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
727     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
728             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
729
730     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
731     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
732         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
733                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
734
735     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
736     if (ei.mi->space_weight())
737     {
738         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
739         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
740     }
741
742     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
743     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
744     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
745
746     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
747     // types of endgames, and use a lower scale for those.
748     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
749         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
750     {
751         if (pos.opposite_bishops()) {
752             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
753             // other pieces?
754             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
755                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
756             {
757                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
758                 // certainly a draw or at least two pawns.
759                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
760                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
761             }
762             else
763                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
764                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
765                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
766         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
767                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
768                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
769             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
770             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
771         }
772     }
773
774     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
775     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
776              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
777
778     v /= int(PHASE_MIDGAME);
779
780     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
781     if (Trace)
782     {
783         Tracing::add_term(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
784         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
785         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
786         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
787                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
788         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
789         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
790         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
791         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
792         Tracing::ei = ei;
793         Tracing::sf = sf;
794     }
795
796     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
797   }
798
799
800   // Tracing function definitions
801
802   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
803
804   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
805
806     terms[WHITE][idx] = wScore;
807     terms[BLACK][idx] = bScore;
808   }
809
810   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
811
812     Score wScore = terms[WHITE][idx];
813     Score bScore = terms[BLACK][idx];
814
815     switch (idx) {
816     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
817         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
818            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
819            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
820         break;
821     default:
822         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
823            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
824            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
825            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
826            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
827            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
828            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
829     }
830   }
831
832   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
833
834     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
835
836     Value v = do_evaluate<true>(pos);
837     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
838
839     std::stringstream ss;
840     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
841        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
842        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
843        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
844
845     format_row(ss, "Material", MATERIAL);
846     format_row(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
847     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
848     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
849     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
850     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
851     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
852     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
853     format_row(ss, "King safety", KING);
854     format_row(ss, "Threats", THREAT);
855     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
856     format_row(ss, "Space", SPACE);
857
858     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
859     format_row(ss, "Total", TOTAL);
860
861     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
862
863     return ss.str();
864   }
865
866 } // namespace
867
868
869 namespace Eval {
870
871   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
872   /// of the position always from the point of view of the side to move.
873
874   Value evaluate(const Position& pos) {
875     return do_evaluate<false>(pos) + Tempo;
876   }
877
878
879   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
880   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
881   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
882   /// debugging.
883   std::string trace(const Position& pos) {
884     return Tracing::do_trace(pos);
885   }
886
887
888   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
889   /// and setup king tables.
890
891   void init() {
892
893     const double MaxSlope = 30;
894     const double Peak = 1280;
895
896     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
897     {
898         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
899         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
900     }
901   }
902
903 } // namespace Eval