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   Copyright (C) 2015-2019 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), // Knights
  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), // Bishops
  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), // Rooks
 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), // Queens
 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(6, 32), S(59, 41), S(79, 56), S(90, 119), S(79, 161)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 44), S(38, 71), S(38, 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( 32, 10);
 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( 47,  4);
 148   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 149
 150 #undef S
 151
 152   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 153   template<Tracing T>
 154   class Evaluation {
 155
 156   public:
 157     Evaluation() = delete;
 158     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 159     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 160     Value value();
 161
 162   private:
 163     template<Color Us> void initialize();
 164     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 165     template<Color Us> Score king() const;
 166     template<Color Us> Score threats() const;
 167     template<Color Us> Score passed() const;
 168     template<Color Us> Score space() const;
 169     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 170     Score initiative(Score score) const;
 171
 172     const Position& pos;
 173     Material::Entry* me;
 174     Pawns::Entry* pe;
 175     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 176     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 177
 178     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 179     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 180     // is also calculated is ALL_PIECES.
 181     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 182
 183     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 184     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 185     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 186
 187     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 188     // very near squares, depending on king position.
 189     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 190
 191     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 192     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 193     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 194
 195     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 196     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 197     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 198     // the KingAttackWeights array.
 199     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 200
 201     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 202     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 203     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 204     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 205     // to kingAttacksCount[WHITE].
 206     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 207   };
 208
 209
 210   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 211   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 212   template<Tracing T> template<Color Us>
 213   void Evaluation<T>::initialize() {
 214
 215     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 216     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 217     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 218     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 219
 220     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 221
 222     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 223
 224     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 225     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 226
 227     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 228     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 229     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 230
 231     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 232     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 233     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 234     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 235     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 236
 237     // Init our king safety tables
 238     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 239     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 240         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 241
 242     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 243         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 244
 245     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 246         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 247
 248     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 249     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 250
 251     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 252     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 253   }
 254
 255
 256   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 257   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 258   Score Evaluation<T>::pieces() {
 259
 260     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 261     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 262     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 263                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 264     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 265
 266     Bitboard b, bb;
 267     Score score = SCORE_ZERO;
 268
 269     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 270
 271     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 272     {
 273         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 274         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 275           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 276                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 277
 278         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 279             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 280
 281         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 282         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 283         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 284
 285         if (b & kingRing[Them])
 286         {
 287             kingAttackersCount[Us]++;
 288             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 289             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 290         }
 291
 292         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 293
 294         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 295
 296         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 297         {
 298             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 299             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 300             if (bb & s)
 301                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 302
 303             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 304                 score += Outpost;
 305
 306             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 307             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 308                 score += MinorBehindPawn;
 309
 310             // Penalty if the piece is far from the king
 311             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 312
 313             if (Pt == BISHOP)
 314             {
 315                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 316                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 317                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 318
 319                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 320                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 321
 322                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 323                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 324                     score += LongDiagonalBishop;
 325             }
 326
 327             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 328             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 329             // when that pawn is also blocked.
 330             if (   Pt == BISHOP
 331                 && pos.is_chess960()
 332                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 333             {
 334                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 335                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 336                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 337                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 338                                                                               : CorneredBishop;
 339             }
 340         }
 341
 342         if (Pt == ROOK)
 343         {
 344             // Bonus for rook on the same file as a queen
 345             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 346                 score += RookOnQueenFile;
 347
 348             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 349             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 350                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 351
 352             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 353             else if (mob <= 3)
 354             {
 355                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 356                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 357                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 358             }
 359         }
 360
 361         if (Pt == QUEEN)
 362         {
 363             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 364             Bitboard queenPinners;
 365             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 366                 score -= WeakQueen;
 367         }
 368     }
 369     if (T)
 370         Trace::add(Pt, Us, score);
 371
 372     return score;
 373   }
 374
 375
 376   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 377   template<Tracing T> template<Color Us>
 378   Score Evaluation<T>::king() const {
 379
 380     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 381     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 382                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 383
 384     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 385     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 386     int kingDanger = 0;
 387     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 388
 389     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 390     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 391
 392     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 393     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 394           & ~attackedBy2[Us]
 395           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 396
 397     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 398     safe  = ~pos.pieces(Them);
 399     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 400
 401     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 402     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 403
 404     // Enemy rooks checks
 405     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 406
 407     if (rookChecks)
 408         kingDanger += RookSafeCheck;
 409     else
 410         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 411
 412     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 413     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 414     queenChecks =  (b1 | b2)
 415                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 416                  & safe
 417                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 418                  & ~rookChecks;
 419
 420     if (queenChecks)
 421         kingDanger += QueenSafeCheck;
 422
 423     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 424     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 425     bishopChecks =  b2
 426                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 427                   & safe
 428                   & ~queenChecks;
 429
 430     if (bishopChecks)
 431         kingDanger += BishopSafeCheck;
 432     else
 433         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 434
 435     // Enemy knights checks
 436     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 437
 438     if (knightChecks & safe)
 439         kingDanger += KnightSafeCheck;
 440     else
 441         unsafeChecks |= knightChecks;
 442
 443     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 444     // which are attacked twice in that flank.
 445     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 446     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 447
 448     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 449
 450     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 451                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 452                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 453                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 454                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 455                  +   3 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 8
 456                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 457                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 458                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 459                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 460                  -   6 * mg_value(score) / 8
 461                  -   7;
 462
 463     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 464     if (kingDanger > 100)
 465         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 466
 467     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 468     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 469         score -= PawnlessFlank;
 470
 471     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 472     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 473
 474     if (T)
 475         Trace::add(KING, Us, score);
 476
 477     return score;
 478   }
 479
 480
 481   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 482   // attacking and the attacked pieces.
 483   template<Tracing T> template<Color Us>
 484   Score Evaluation<T>::threats() const {
 485
 486     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 487     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 488     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 489
 490     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 491     Score score = SCORE_ZERO;
 492
 493     // Non-pawn enemies
 494     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 495
 496     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 497     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 498     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 499                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 500
 501     // Non-pawn enemies, strongly protected
 502     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 503
 504     // Enemies not strongly protected and under our attack
 505     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 506
 507     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 508     if (defended | weak)
 509     {
 510         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 511         while (b)
 512             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 513
 514         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 515         while (b)
 516             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 517
 518         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 519             score += ThreatByKing;
 520
 521         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 522            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 523         score += Hanging * popcount(weak & b);
 524     }
 525
 526     // Bonus for restricting their piece moves
 527     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 528        & ~stronglyProtected
 529        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 530
 531     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 532
 533     // Protected or unattacked squares
 534     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 535
 536     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 537     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 538     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 539     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 540
 541     // Find squares where our pawns can push on the next move
 542     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 543     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 544
 545     // Keep only the squares which are relatively safe
 546     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 547
 548     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 549     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 550     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 551
 552     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 553     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 554     {
 555         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 556         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 557
 558         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 559
 560         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 561
 562         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 563            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 564
 565         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 566     }
 567
 568     if (T)
 569         Trace::add(THREAT, Us, score);
 570
 571     return score;
 572   }
 573
 574   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 575   // pawns of the given color.
 576
 577   template<Tracing T> template<Color Us>
 578   Score Evaluation<T>::passed() const {
 579
 580     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 581     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 582
 583     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 584       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 585     };
 586
 587     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
 588     Score score = SCORE_ZERO;
 589
 590     b = pe->passed_pawns(Us);
 591
 592     while (b)
 593     {
 594         Square s = pop_lsb(&b);
 595
 596         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 597
 598         int r = relative_rank(Us, s);
 599
 600         Score bonus = PassedRank[r];
 601
 602         if (r > RANK_3)
 603         {
 604             int w = 5 * r - 13;
 605             Square blockSq = s + Up;
 606
 607             // Adjust bonus based on the king's proximity
 608             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 609                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 610
 611             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 612             if (r != RANK_7)
 613                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 614
 615             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 616             if (pos.empty(blockSq))
 617             {
 618                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 619                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 620
 621                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 622
 623                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 624                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 625
 626                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 627                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 628                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 629                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 630                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 631                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 632                                                              0 ;
 633
 634                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 635                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 636                     k += 5;
 637
 638                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 639             }
 640         } // r > RANK_3
 641
 642         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 643         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 644         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 645             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
 646             bonus = bonus / 2;
 647
 648         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(file_of(s));
 649     }
 650
 651     if (T)
 652         Trace::add(PASSED, Us, score);
 653
 654     return score;
 655   }
 656
 657
 658   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 659   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 660   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 661   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 662   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 663   // improve play on game opening.
 664
 665   template<Tracing T> template<Color Us>
 666   Score Evaluation<T>::space() const {
 667
 668     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 669         return SCORE_ZERO;
 670
 671     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 672     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 673     constexpr Bitboard SpaceMask =
 674       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 675                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 676
 677     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 678     Bitboard safe =   SpaceMask
 679                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 680                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 681
 682     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 683     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 684     behind |= shift<Down>(behind);
 685     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 686
 687     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 688     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 689     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 690
 691     if (T)
 692         Trace::add(SPACE, Us, score);
 693
 694     return score;
 695   }
 696
 697
 698   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 699   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 700   // known attacking/defending status of the players.
 701
 702   template<Tracing T>
 703   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
 704
 705     Value mg = mg_value(score);
 706     Value eg = eg_value(score);
 707
 708     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 709                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 710
 711     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 712                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 713
 714     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
 715                            &&  outflanking < 0
 716                            && !pawnsOnBothFlanks;
 717
 718     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 719     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 720                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 721                     +  9 * outflanking
 722                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 723                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 724                     - 36 * almostUnwinnable
 725                     -103 ;
 726
 727     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 728     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 729     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 730     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
 731     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 732
 733     if (T)
 734         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
 735
 736     return make_score(u, v);
 737   }
 738
 739
 740   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 741
 742   template<Tracing T>
 743   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 744
 745     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 746     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 747
 748     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 749     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 750     {
 751         if (   pos.opposite_bishops()
 752             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 753             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 754         else
 755             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
 756
 757         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
 758     }
 759
 760     return ScaleFactor(sf);
 761   }
 762
 763
 764   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 765   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 766   // of view of the side to move.
 767
 768   template<Tracing T>
 769   Value Evaluation<T>::value() {
 770
 771     assert(!pos.checkers());
 772
 773     // Probe the material hash table
 774     me = Material::probe(pos);
 775
 776     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 777     // configuration, call it and return.
 778     if (me->specialized_eval_exists())
 779         return me->evaluate(pos);
 780
 781     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 782     // the position object (material + piece square tables) and the material
 783     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 784     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 785
 786     // Probe the pawn hash table
 787     pe = Pawns::probe(pos);
 788     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 789
 790     // Early exit if score is high
 791     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 792     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 793        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 794
 795     // Main evaluation begins here
 796
 797     initialize<WHITE>();
 798     initialize<BLACK>();
 799
 800     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 801     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 802             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 803             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 804             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 805
 806     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 807
 808     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 809             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 810             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 811             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 812
 813     score += initiative(score);
 814
 815     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 816     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 817     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 818        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 819
 820     v /= PHASE_MIDGAME;
 821
 822     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 823     if (T)
 824     {
 825         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 826         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 827         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 828         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 829         Trace::add(TOTAL, score);
 830     }
 831
 832     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 833            + Eval::Tempo;
 834   }
 835
 836 } // namespace
 837
 838
 839 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 840 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 841
 842 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 843   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 844 }
 845
 846
 847 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 848 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 849 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 850
 851 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 852
 853   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 854
 855   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 856
 857   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 858
 859   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 860
 861   std::stringstream ss;
 862   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 863      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 864      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 865      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 866      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 867      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 868      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 869      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 870      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 871      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 872      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 873      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 874      << " King safety | " << Term(KING)
 875      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 876      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 877      << "       Space | " << Term(SPACE)
 878      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 879      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 880      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 881
 882   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 883
 884   return ss.str();
 885 }