git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5
   6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9   (at your option) any later version.
  10
  11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14   GNU General Public License for more details.
  15
  16   You should have received a copy of the GNU General Public License
  17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 */
  19
  20 #include <algorithm>
  21 #include <cassert>
  22 #include <cstring>   // For std::memset
  23 #include <iomanip>
  24 #include <sstream>
  25
  26 #include "bitcount.h"
  27 #include "evaluate.h"
  28 #include "material.h"
  29 #include "pawns.h"
  30
  31 namespace {
  32
  33   namespace Tracing {
  34
  35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
  36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  37     };
  38
  39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
  40
  41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
  42
  43     double to_cp(Value v);
  44     void write(int idx, Color c, Score s);
  45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
  46     std::string do_trace(const Position& pos);
  47   }
  48
  49
  50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  51   // by the evaluation functions.
  52   struct EvalInfo {
  53
  54     // Pointers to material and pawn hash table entries
  55     Material::Entry* mi;
  56     Pawns::Entry* pi;
  57
  58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
  60     // contains all squares attacked by the given color.
  61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  62
  63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  70
  71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  74
  75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
  76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  78     // KingAttackWeights array.
  79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  80
  81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
  83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
  84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
  85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
  86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
  87
  88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
  89   };
  90
  91
  92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
  93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
  94
  95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
  96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
  97   };
  98
  99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
 100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
 101   }
 102
 103
 104   #define V(v) Value(v)
 105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 106
 107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
 109   // friendly pieces.
 110   const Score MobilityBonus[][32] = {
 111     {}, {},
 112     { S(-67,-48), S(-41,-27), S(-4, -7), S( 7,  4), S(14, 16), S(21, 29), // Knights
 113       S( 27, 39), S( 31, 43), S(34, 44) },
 114     { S(-48,-48), S(-21,-21), S(16, -2), S(30, 13), S(44, 25), S(57, 34), // Bishops
 115       S( 69, 47), S( 78, 53), S(78, 56), S(83, 58), S(88, 64), S(90, 68),
 116       S( 90, 74), S( 91, 76) },
 117     { S(-47,-56), S(-28,-27), S(-9,  1), S( 0, 22), S( 2, 33), S( 7, 47), // Rooks
 118       S(  9, 62), S( 14, 78), S(21, 89), S(23,105), S(25,113), S(26,114),
 119       S( 27,115), S( 29,118), S(32,122) },
 120     { S(-46,-37), S(-33,-18), S(-9,-10), S(-3, -7), S( 7,  1), S( 9,  5), // Queens
 121       S( 12, 10), S( 20, 19), S(23, 22), S(24, 29), S(30, 30), S(32, 34),
 122       S( 37, 35), S( 47, 38), S(47, 41), S(47, 42), S(52, 42), S(55, 42),
 123       S( 58, 43), S( 60, 49), S(60, 52), S(61, 56), S(65, 57), S(68, 57),
 124       S( 68, 59), S( 71, 61), S(72, 63), S(76, 63) }
 125   };
 126
 127   // Outpost[Bishop/Knight][Square] contains bonuses for knights and bishops
 128   // outposts, indexed by piece type and square (from white's point of view).
 129   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
 130   {// A     B     C     D     E     F     G     H
 131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
 132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 133     V(0), V(0), V(3), V(9), V(9), V(3), V(0), V(0),
 134     V(0), V(4),V(18),V(25),V(25),V(18), V(4), V(0),
 135     V(4), V(9),V(29),V(38),V(38),V(29), V(9), V(4),
 136     V(2), V(9),V(19),V(15),V(15),V(19), V(9), V(2) },
 137   {
 138     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
 139     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
 140     V(2), V(4), V(3), V(8), V(8), V(3), V(4), V(2),
 141     V(1), V(9), V(9),V(13),V(13), V(9), V(9), V(1),
 142     V(2), V(8),V(21),V(24),V(24),V(21), V(8), V(2),
 143     V(0), V(4), V(6), V(6), V(6), V(6), V(4), V(0) }
 144   };
 145
 146   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
 147   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 148   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
 149   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
 150     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
 151   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
 152     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
 153   };
 154
 155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
 156   // type is attacked by an enemy pawn.
 157   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 158     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
 159   };
 160
 161   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 162   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
 163   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
 164   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
 165   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
 166   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
 167   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
 168   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
 169   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
 170   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
 171   const Score Hanging            = S(31, 26);
 172   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
 173   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
 174
 175   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 176   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 177   // happen in Chess960 games.
 178   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 179
 180   #undef S
 181   #undef V
 182
 183   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
 184   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
 185   // based on how many squares inside this area are safe and available for
 186   // friendly minor pieces.
 187   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
 188     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
 189     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
 190   };
 191
 192   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 193   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 194   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 195   // index to KingDanger[].
 196   Score KingDanger[512];
 197
 198   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 199   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 200
 201   // Penalties for enemy's safe checks
 202   const int QueenContactCheck = 89;
 203   const int RookContactCheck  = 71;
 204   const int QueenCheck        = 50;
 205   const int RookCheck         = 37;
 206   const int BishopCheck       = 6;
 207   const int KnightCheck       = 14;
 208
 209
 210   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
 211   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 212
 213   template<Color Us>
 214   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 215
 216     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 217     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 218
 219     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 221     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
 222
 223     // Init king safety tables only if we are going to use them
 224     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 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 = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
 305
 306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 307
 308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
 309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
 310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
 311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
 312
 313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 314         {
 315             // Bonus for outpost square
 316             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
 317                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
 318
 319             // Bonus when behind a pawn
 320             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 321                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 322                 score += MinorBehindPawn;
 323
 324             // Penalty for pawns on same color square of bishop
 325             if (Pt == BISHOP)
 326                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 327
 328             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 329             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 330             // when that pawn is also blocked.
 331             if (   Pt == BISHOP
 332                 && pos.is_chess960()
 333                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 334             {
 335                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 336                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 337                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 338                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 339                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 340             }
 341         }
 342
 343         if (Pt == ROOK)
 344         {
 345             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 346             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 347             {
 348                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 349                 if (alignedPawns)
 350                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
 351             }
 352
 353             // Bonus when on an open or semi-open file
 354             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 355                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
 356
 357             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
 358             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 359             {
 360                 Square ksq = pos.king_square(Us);
 361
 362                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 363                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 364                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 365                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 366             }
 367         }
 368     }
 369
 370     if (Trace)
 371         Tracing::write(Pt, Us, score);
 372
 373     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
 374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 375   }
 376
 377   template<>
 378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 379   template<>
 380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 381
 382
 383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 384
 385   template<Color Us, bool Trace>
 386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 387
 388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 389
 390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 391     int attackUnits;
 392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
 393
 394     // King shelter and enemy pawns storm
 395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 396
 397     // Main king safety evaluation
 398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 399     {
 400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 401         // apart from the king itself
 402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 407
 408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 409         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 412         // the pawn shelter (current 'score' value).
 413         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 414                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 415                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
 416                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
 417                      - mg_value(score) / 8
 418                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
 419
 420         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 421         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 422         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 423         if (b)
 424         {
 425             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 426             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 427                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
 428
 429             if (b)
 430                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 431         }
 432
 433         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
 434         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
 435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
 436
 437         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
 438         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
 439
 440         if (b)
 441         {
 442             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 443             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 444                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
 445
 446             if (b)
 447                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
 448         }
 449
 450         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 451         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 452
 453         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 454         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 455
 456         // Enemy queen safe checks
 457         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 458         if (b)
 459             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 460
 461         // Enemy rooks safe checks
 462         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 463         if (b)
 464             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 465
 466         // Enemy bishops safe checks
 467         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 468         if (b)
 469             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 470
 471         // Enemy knights safe checks
 472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 473         if (b)
 474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 475
 476         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 477         // array and subtract the score from evaluation.
 478         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 479     }
 480
 481     if (Trace)
 482         Tracing::write(KING, Us, score);
 483
 484     return score;
 485   }
 486
 487
 488   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
 489   // and the type of attacked one.
 490
 491   template<Color Us, bool Trace>
 492   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 493
 494     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 495     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 496     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 497     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 498     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 499     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 500
 501     enum { Defended, Weak };
 502     enum { Minor, Major };
 503
 504     Bitboard b, weak, defended;
 505     Score score = SCORE_ZERO;
 506
 507     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 508     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 509
 510     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 511     if (defended)
 512     {
 513         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 514         while (b)
 515             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 516
 517         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
 518         while (b)
 519             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 520     }
 521
 522     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 523     weak =   pos.pieces(Them)
 524           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 525           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 526
 527     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 528     if (weak)
 529     {
 530         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 531         while (b)
 532             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 533
 534         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 535         while (b)
 536             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 537
 538         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 539         if (b)
 540             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
 541
 542         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 543         if (b)
 544             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
 545     }
 546
 547     // Add a small bonus for safe pawn pushes
 548     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 549     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 550
 551     b &=  ~pos.pieces()
 552         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 553         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 554
 555     if (b)
 556         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
 557
 558     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
 559     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 560        &  pos.pieces(Them)
 561        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 562
 563     if (b)
 564         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
 565
 566     if (Trace)
 567         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
 568
 569     return score;
 570   }
 571
 572
 573   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 574
 575   template<Color Us, bool Trace>
 576   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 577
 578     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 579
 580     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 581     Score score = SCORE_ZERO;
 582
 583     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 584
 585     while (b)
 586     {
 587         Square s = pop_lsb(&b);
 588
 589         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 590
 591         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 592         int rr = r * (r - 1);
 593
 594         // Base bonus based on rank
 595         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
 596
 597         if (rr)
 598         {
 599             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 600
 601             // Adjust bonus based on the king's proximity
 602             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
 603                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 604
 605             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 606             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 607                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 608
 609             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 610             if (pos.empty(blockSq))
 611             {
 612                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 613                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 614                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 615                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 616
 617                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 618
 619                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 620                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 621
 622                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 623                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 624
 625                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 626                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 627                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 628
 629                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
 630                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 631                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 632                     k += 6;
 633
 634                 else if (defendedSquares & blockSq)
 635                     k += 4;
 636
 637                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 638             }
 639             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 640                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
 641         } // rr != 0
 642
 643         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 644             ebonus += ebonus / 4;
 645
 646         score += make_score(mbonus, ebonus);
 647     }
 648
 649     if (Trace)
 650         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
 651
 652     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 653     return score * Weights[PassedPawns];
 654   }
 655
 656
 657   // evaluate_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   template<Color Us>
 664   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 665
 666     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 667
 668     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 669     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 670     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 671     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
 672                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 673                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 674                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 675
 676     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 677     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 678     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 679     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 680
 681     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
 682     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 683
 684     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
 685     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 686     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 687                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 688
 689     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
 690   }
 691
 692
 693   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
 694
 695   template<bool Trace>
 696   Value do_evaluate(const Position& pos) {
 697
 698     assert(!pos.checkers());
 699
 700     EvalInfo ei;
 701     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 702
 703     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
 704     // in the position object (material + piece square tables).
 705     // Score is computed from the point of view of white.
 706     score = pos.psq_score();
 707
 708     // Probe the material hash table
 709     ei.mi = Material::probe(pos);
 710     score += ei.mi->imbalance();
 711
 712     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 713     // configuration, call it and return.
 714     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
 715         return ei.mi->evaluate(pos);
 716
 717     // Probe the pawn hash table
 718     ei.pi = Pawns::probe(pos);
 719     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
 720
 721     // Initialize attack and king safety bitboards
 722     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
 723     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
 724
 725     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
 726     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
 727
 728     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
 729     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
 730                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
 731
 732     // Evaluate pieces and mobility
 733     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 734     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
 735
 736     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
 737     // information when computing the king safety evaluation.
 738     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
 739             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
 740
 741     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 742     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
 743             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
 744
 745     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 746     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
 747             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
 748
 749     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 750     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 751     {
 752         Bitboard b;
 753         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 754             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
 755
 756         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 757             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
 758     }
 759
 760     // Evaluate space for both sides, only during opening
 761     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
 762         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
 763
 764     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
 765     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 766     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
 767
 768     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 769     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 770     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 771         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 772     {
 773         if (pos.opposite_bishops())
 774         {
 775             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 776             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
 777             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 778                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 779                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
 780
 781             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 782             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 783             else
 784                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 785         }
 786         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 787         // pawns are drawish.
 788         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
 789                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 790                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
 791                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
 792     }
 793
 794     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 795     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
 796              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 797
 798     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 799
 800     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
 801     if (Trace)
 802     {
 803         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
 804         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
 805         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 806         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
 807                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
 808         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
 809                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
 810         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
 811     }
 812
 813     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 814   }
 815
 816
 817   // Tracing functions
 818
 819   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
 820
 821   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
 822
 823   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
 824     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
 825   }
 826
 827   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
 828
 829     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
 830     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
 831
 832     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
 833         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
 834     else
 835         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
 836            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
 837
 838     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
 839        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
 840
 841     return os;
 842   }
 843
 844   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
 845
 846     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 847
 848     Value v = do_evaluate<true>(pos);
 849     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 850
 851     std::stringstream ss;
 852     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 853        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 854        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 855        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 856        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 857        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 858        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 859        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 860        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 861        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 862        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 863        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 864        << "    King safety | " << Term(KING)
 865        << "        Threats | " << Term(THREAT)
 866        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 867        << "          Space | " << Term(SPACE)
 868        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 869        << "          Total | " << Term(TOTAL);
 870
 871     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 872
 873     return ss.str();
 874   }
 875
 876 } // namespace
 877
 878
 879 namespace Eval {
 880
 881   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 882   /// of the position always from the point of view of the side to move.
 883
 884   Value evaluate(const Position& pos) {
 885     return do_evaluate<false>(pos);
 886   }
 887
 888
 889   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 890   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 891   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
 892   /// debugging.
 893   std::string trace(const Position& pos) {
 894     return Tracing::do_trace(pos);
 895   }
 896
 897
 898   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 899
 900   void init() {
 901
 902     const int MaxSlope = 8700;
 903     const int Peak = 1280000;
 904     int t = 0;
 905
 906     for (int i = 0; i < 400; ++i)
 907     {
 908         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
 909         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
 910     }
 911   }
 912
 913 } // namespace Eval