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   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  80
  81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  85   };
  86
  87   // Threshold for lazy and space evaluation
  88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  90
  91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  93
  94   // Penalties for enemy's safe checks
  95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  99
 100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 101
 102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
 105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 131
 132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 134   // pawn-defended are not considered.
 135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // Assorted bonuses and penalties
 155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
 157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 158   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 159   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 163   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 164   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 171   constexpr Score TrappedRook        = S( 96,  4);
 172   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
 174
 175 #undef S
 176
 177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 178   template<Tracing T>
 179   class Evaluation {
 180
 181   public:
 182     Evaluation() = delete;
 183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 185     Value value();
 186
 187   private:
 188     template<Color Us> void initialize();
 189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 190     template<Color Us> Score king() const;
 191     template<Color Us> Score threats() const;
 192     template<Color Us> Score passed() const;
 193     template<Color Us> Score space() const;
 194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 195     Score initiative(Value eg) const;
 196
 197     const Position& pos;
 198     Material::Entry* me;
 199     Pawns::Entry* pe;
 200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 202
 203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 205     // is also calculated is ALL_PIECES.
 206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 207
 208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 212
 213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 216     // and h6.
 217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 218
 219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 226     // the KingAttackWeights array.
 227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 228
 229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 233     // to kingAttacksCount[WHITE].
 234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 235   };
 236
 237
 238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 240   template<Tracing T> template<Color Us>
 241   void Evaluation<T>::initialize() {
 242
 243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 247
 248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 250
 251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 252     // are excluded from the mobility area.
 253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 254
 255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 260
 261     // Init our king safety tables
 262     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 263     if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 264         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 265
 266     if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 267         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 268
 269     else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 270         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 271
 272     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 273     kingRing[Us] &= ~double_pawn_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 274     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 275   }
 276
 277
 278   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 279   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 280   Score Evaluation<T>::pieces() {
 281
 282     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 283     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 284     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 285                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 286     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 287
 288     Bitboard b, bb;
 289     Square s;
 290     Score score = SCORE_ZERO;
 291
 292     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 293
 294     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 295     {
 296         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 297         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 298           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 299                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 300
 301         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 302             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 303
 304         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 305         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 306         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 307
 308         if (b & kingRing[Them])
 309         {
 310             kingAttackersCount[Us]++;
 311             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 312             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 313         }
 314
 315         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 316
 317         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 318
 319         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 320         {
 321             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 322             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 323             if (bb & s)
 324                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 325
 326             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 328
 329             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 330             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 331                 score += MinorBehindPawn;
 332
 333             // Penalty if the piece is far from the king
 334             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 335
 336             if (Pt == BISHOP)
 337             {
 338                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 339                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 340                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 341
 342                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 343                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 344
 345                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 346                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 347                     score += LongDiagonalBishop;
 348             }
 349
 350             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 351             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 352             // when that pawn is also blocked.
 353             if (   Pt == BISHOP
 354                 && pos.is_chess960()
 355                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 356             {
 357                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 358                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 359                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 360                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 361                                                                               : CorneredBishop;
 362             }
 363         }
 364
 365         if (Pt == ROOK)
 366         {
 367             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 368             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 369                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 370
 371             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 372             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 373                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 374
 375             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 376             else if (mob <= 3)
 377             {
 378                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 379                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 380                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 381             }
 382         }
 383
 384         if (Pt == QUEEN)
 385         {
 386             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 387             Bitboard queenPinners;
 388             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 389                 score -= WeakQueen;
 390         }
 391     }
 392     if (T)
 393         Trace::add(Pt, Us, score);
 394
 395     return score;
 396   }
 397
 398
 399   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 400   template<Tracing T> template<Color Us>
 401   Score Evaluation<T>::king() const {
 402
 403     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 404     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 405                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 406
 407     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 408     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 409
 410     // King shelter and enemy pawns storm
 411     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 412
 413     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 414     // which are attacked twice in that flank.
 415     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 416     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 417     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 418
 419     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 420
 421     // Main king safety evaluation
 422     int kingDanger = 0;
 423     unsafeChecks = 0;
 424
 425     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 426     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 427           & ~attackedBy2[Us]
 428           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 429
 430     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 431     safe  = ~pos.pieces(Them);
 432     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 433
 434     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 435     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 436
 437     // Enemy queen safe checks
 438     if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 439         kingDanger += QueenSafeCheck;
 440
 441     b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 442     b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 443
 444     // Enemy rooks checks
 445     if (b1 & safe)
 446         kingDanger += RookSafeCheck;
 447     else
 448         unsafeChecks |= b1;
 449
 450     // Enemy bishops checks
 451     if (b2 & safe)
 452         kingDanger += BishopSafeCheck;
 453     else
 454         unsafeChecks |= b2;
 455
 456     // Enemy knights checks
 457     b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 458     if (b & safe)
 459         kingDanger += KnightSafeCheck;
 460     else
 461         unsafeChecks |= b;
 462
 463     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 464     // the square is in the attacker's mobility area.
 465     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 466
 467     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 468                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 469                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 470                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 471                  +       tropism * tropism / 4
 472                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 473                  -   6 * mg_value(score) / 8
 474                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 475                  -   30;
 476
 477     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 478     if (kingDanger > 0)
 479         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 480
 481     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 482     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 483         score -= PawnlessFlank;
 484
 485     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 486     score -= CloseEnemies * tropism;
 487
 488     if (T)
 489         Trace::add(KING, Us, score);
 490
 491     return score;
 492   }
 493
 494
 495   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 496   // attacking and the attacked pieces.
 497   template<Tracing T> template<Color Us>
 498   Score Evaluation<T>::threats() const {
 499
 500     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 501     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 502     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 503
 504     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe, restricted;
 505     Score score = SCORE_ZERO;
 506
 507     // Non-pawn enemies
 508     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 509
 510     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 511     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 512     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 513                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 514
 515     // Non-pawn enemies, strongly protected
 516     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 517
 518     // Enemies not strongly protected and under our attack
 519     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 520
 521     // Safe or protected squares
 522     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 523
 524     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 525     if (defended | weak)
 526     {
 527         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 528         while (b)
 529         {
 530             Square s = pop_lsb(&b);
 531             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 532             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 533                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 534         }
 535
 536         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 537         while (b)
 538         {
 539             Square s = pop_lsb(&b);
 540             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 541             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 542                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 543         }
 544
 545         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 546             score += ThreatByKing;
 547
 548         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 549            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 550         score += Hanging * popcount(weak & b);
 551     }
 552
 553     // Bonus for restricting their piece moves
 554     restricted =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 555                 & ~stronglyProtected
 556                 &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 557     score += RestrictedPiece * popcount(restricted);
 558
 559     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 560     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 561         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 562
 563     // Find squares where our pawns can push on the next move
 564     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 565     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 566
 567     // Keep only the squares which are relatively safe
 568     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 569
 570     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 571     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 572     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 573
 574     // Our safe or protected pawns
 575     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 576
 577     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 578     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 579
 580     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 581     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 582     {
 583         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 584         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 585
 586         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 587
 588         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 589
 590         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 591            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 592
 593         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 594     }
 595
 596     if (T)
 597         Trace::add(THREAT, Us, score);
 598
 599     return score;
 600   }
 601
 602   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 603   // pawns of the given color.
 604
 605   template<Tracing T> template<Color Us>
 606   Score Evaluation<T>::passed() const {
 607
 608     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 609     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 610
 611     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 612       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 613     };
 614
 615     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 616     Score score = SCORE_ZERO;
 617
 618     b = pe->passed_pawns(Us);
 619
 620     while (b)
 621     {
 622         Square s = pop_lsb(&b);
 623
 624         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 625
 626         int r = relative_rank(Us, s);
 627
 628         Score bonus = PassedRank[r];
 629
 630         if (r > RANK_3)
 631         {
 632             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 633             Square blockSq = s + Up;
 634
 635             // Adjust bonus based on the king's proximity
 636             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 637                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 638
 639             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 640             if (r != RANK_7)
 641                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 642
 643             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 644             if (pos.empty(blockSq))
 645             {
 646                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 647                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 648                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 649                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 650
 651                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 652
 653                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 654                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 655
 656                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 657                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 658
 659                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 660                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 661                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 662
 663                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 664                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 665                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 666                     k += 6;
 667
 668                 else if (defendedSquares & blockSq)
 669                     k += 4;
 670
 671                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 672             }
 673         } // rank > RANK_3
 674
 675         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 676         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 677         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 678             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 679             bonus = bonus / 2;
 680
 681         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 682     }
 683
 684     if (T)
 685         Trace::add(PASSED, Us, score);
 686
 687     return score;
 688   }
 689
 690
 691   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 692   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 693   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 694   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 695   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 696   // improve play on game opening.
 697
 698   template<Tracing T> template<Color Us>
 699   Score Evaluation<T>::space() const {
 700
 701     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 702         return SCORE_ZERO;
 703
 704     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 705     constexpr Bitboard SpaceMask =
 706       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 707                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 708
 709     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 710     Bitboard safe =   SpaceMask
 711                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 712                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 713
 714     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 715     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 716     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 717     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 718
 719     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 720     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
 721                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
 722
 723     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 724
 725     if (T)
 726         Trace::add(SPACE, Us, score);
 727
 728     return score;
 729   }
 730
 731
 732   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 733   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 734   // known attacking/defending status of the players.
 735
 736   template<Tracing T>
 737   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 738
 739     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 740                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 741
 742     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 743                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 744
 745     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 746     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 747                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 748                     + 12 * outflanking
 749                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 750                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 751                     -118 ;
 752
 753     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 754     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 755     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 756     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 757
 758     if (T)
 759         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 760
 761     return make_score(0, v);
 762   }
 763
 764
 765   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 766
 767   template<Tracing T>
 768   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 769
 770     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 771     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 772
 773     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 774     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 775     {
 776         if (   pos.opposite_bishops()
 777             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 778             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 779             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 780         else
 781             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 782
 783     }
 784
 785     return ScaleFactor(sf);
 786   }
 787
 788
 789   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 790   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 791   // of view of the side to move.
 792
 793   template<Tracing T>
 794   Value Evaluation<T>::value() {
 795
 796     assert(!pos.checkers());
 797
 798     // Probe the material hash table
 799     me = Material::probe(pos);
 800
 801     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 802     // configuration, call it and return.
 803     if (me->specialized_eval_exists())
 804         return me->evaluate(pos);
 805
 806     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 807     // the position object (material + piece square tables) and the material
 808     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 809     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 810
 811     // Probe the pawn hash table
 812     pe = Pawns::probe(pos);
 813     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 814
 815     // Early exit if score is high
 816     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 817     if (abs(v) > LazyThreshold)
 818        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 819
 820     // Main evaluation begins here
 821
 822     initialize<WHITE>();
 823     initialize<BLACK>();
 824
 825     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 826     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 827             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 828             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 829             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 830
 831     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 832
 833     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 834             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 835             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 836             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 837
 838     score += initiative(eg_value(score));
 839
 840     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 841     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 842     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 843        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 844
 845     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 846
 847     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 848     if (T)
 849     {
 850         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 851         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 852         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 853         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 854         Trace::add(TOTAL, score);
 855     }
 856
 857     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 858            + Eval::Tempo;
 859   }
 860
 861 } // namespace
 862
 863
 864 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 865 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 866
 867 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 868   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 869 }
 870
 871
 872 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 873 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 874 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 875
 876 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 877
 878   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 879
 880   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 881
 882   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 883
 884   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 885
 886   std::stringstream ss;
 887   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 888      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 889      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 890      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 891      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 892      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 893      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 894      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 895      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 896      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 897      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 898      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 899      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 900      << " King safety | " << Term(KING)
 901      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 902      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 903      << "       Space | " << Term(SPACE)
 904      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 905      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 906
 907   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 908
 909   return ss.str();
 910 }