]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
72dc73a17c0da9e92679f4146d6ce0d063daa72b
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 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
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26
27 #include "bitcount.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32 #include "ucioption.h"
33
34
35 ////
36 //// Local definitions
37 ////
38
39 namespace {
40
41   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
42   // by the evaluation functions.
43   struct EvalInfo {
44
45     // Pointer to pawn hash table entry
46     PawnInfo* pi;
47
48     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
49     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][0] contains
50     // all squares attacked by the given color.
51     Bitboard attackedBy[2][8];
52
53     // kingZone[color] is the zone around the enemy king which is considered
54     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
55     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
56     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
57     // is on g8, kingZone[WHITE] is a bitboard containing the squares f8, h8,
58     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
59     Bitboard kingZone[2];
60
61     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
62     // which attack a square in the kingZone of the enemy king.
63     int kingAttackersCount[2];
64
65     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
66     // given color which attack a square in the kingZone of the enemy king. The
67     // weights of the individual piece types are given by the variables
68     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
69     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
70     int kingAttackersWeight[2];
71
72     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
73     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
74     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
75     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
76     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
77     int kingAdjacentZoneAttacksCount[2];
78   };
79
80   // Evaluation grain size, must be a power of 2
81   const int GrainSize = 8;
82
83   // Evaluation weights, initialized from UCI options
84   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
85   Score Weights[6];
86
87   typedef Value V;
88   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
89
90   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
91   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
92   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
93   // parameters at 100, which looks prettier.
94   //
95   // Values modified by Joona Kiiski
96   const Score WeightsInternal[] = {
97       S(248, 271), S(233, 201), S(252, 259), S(46, 0), S(247, 0), S(259, 0)
98   };
99
100   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains mobility bonuses for middle and
101   // end game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied
102   // by friendly pieces.
103   const Score MobilityBonus[][32] = {
104      {}, {},
105      { S(-38,-33), S(-25,-23), S(-12,-13), S( 0, -3), S(12,  7), S(25, 17), // Knights
106        S( 31, 22), S( 38, 27), S( 38, 27) },
107      { S(-25,-30), S(-11,-16), S(  3, -2), S(17, 12), S(31, 26), S(45, 40), // Bishops
108        S( 57, 52), S( 65, 60), S( 71, 65), S(74, 69), S(76, 71), S(78, 73),
109        S( 79, 74), S( 80, 75), S( 81, 76), S(81, 76) },
110      { S(-20,-36), S(-14,-19), S( -8, -3), S(-2, 13), S( 4, 29), S(10, 46), // Rooks
111        S( 14, 62), S( 19, 79), S( 23, 95), S(26,106), S(27,111), S(28,114),
112        S( 29,116), S( 30,117), S( 31,118), S(32,118) },
113      { S(-10,-18), S( -8,-13), S( -6, -7), S(-3, -2), S(-1,  3), S( 1,  8), // Queens
114        S(  3, 13), S(  5, 19), S(  8, 23), S(10, 27), S(12, 32), S(15, 34),
115        S( 16, 35), S( 17, 35), S( 18, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
116        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
117        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
118        S( 20, 35), S( 20, 35) }
119   };
120
121   // OutpostBonus[PieceType][Square] contains outpost bonuses of knights and
122   // bishops, indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value OutpostBonus[][64] = {
124   {
125   //  A     B     C     D     E     F     G     H
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
127     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
128     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
129     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
130     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
131     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0),
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0) },
134   {
135     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
136     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
137     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
138     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
139     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
140     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0),
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0) }
143   };
144
145   // ThreatBonus[attacking][attacked] contains threat bonuses according to
146   // which piece type attacks which one.
147   const Score ThreatBonus[][8] = {
148     {}, {},
149     { S(0, 0), S( 7, 39), S( 0,  0), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // KNIGHT
150     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S( 0,  0), S(41,100), S(41,100) }, // BISHOP
151     { S(0, 0), S(-1, 29), S(15, 49), S(15, 49), S( 0,  0), S(24, 49) }, // ROOK
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S( 0,  0) }  // QUEEN
153   };
154
155   // ThreatedByPawnPenalty[PieceType] contains a penalty according to which
156   // piece type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatedByPawnPenalty[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   // Rooks and queens on the 7th rank (modified by Joona Kiiski)
164   const Score RookOn7thBonus  = make_score(47, 98);
165   const Score QueenOn7thBonus = make_score(27, 54);
166
167   // Rooks on open files (modified by Joona Kiiski)
168   const Score RookOpenFileBonus = make_score(43, 43);
169   const Score RookHalfOpenFileBonus = make_score(19, 19);
170
171   // Penalty for rooks trapped inside a friendly king which has lost the
172   // right to castle.
173   const Value TrappedRookPenalty = Value(180);
174
175   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
176   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
177   // based on how many squares inside this area are safe and available for
178   // friendly minor pieces.
179   const Bitboard SpaceMask[] = {
180     (1ULL << SQ_C2) | (1ULL << SQ_D2) | (1ULL << SQ_E2) | (1ULL << SQ_F2) |
181     (1ULL << SQ_C3) | (1ULL << SQ_D3) | (1ULL << SQ_E3) | (1ULL << SQ_F3) |
182     (1ULL << SQ_C4) | (1ULL << SQ_D4) | (1ULL << SQ_E4) | (1ULL << SQ_F4),
183     (1ULL << SQ_C7) | (1ULL << SQ_D7) | (1ULL << SQ_E7) | (1ULL << SQ_F7) |
184     (1ULL << SQ_C6) | (1ULL << SQ_D6) | (1ULL << SQ_E6) | (1ULL << SQ_F6) |
185     (1ULL << SQ_C5) | (1ULL << SQ_D5) | (1ULL << SQ_E5) | (1ULL << SQ_F5)
186   };
187
188   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
189   // from the KingDangerTable[]. Various little "meta-bonuses" measuring
190   // the strength of the enemy attack are added up into an integer, which
191   // is used as an index to KingDangerTable[].
192   //
193   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
194   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
195
196   // Bonuses for enemy's safe checks
197   const int QueenContactCheckBonus = 3;
198   const int QueenCheckBonus        = 2;
199   const int RookCheckBonus         = 1;
200   const int BishopCheckBonus       = 1;
201   const int KnightCheckBonus       = 1;
202
203   // InitKingDanger[Square] contains penalties based on the position of the
204   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
205   const int InitKingDanger[] = {
206      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
207      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
208      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
209     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
210     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
211     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
212     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
213     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
214   };
215
216   // KingDangerTable[Color][attackUnits] contains the actual king danger
217   // weighted scores, indexed by color and by a calculated integer number.
218   Score KingDangerTable[2][128];
219
220   // Pawn and material hash tables, indexed by the current thread id.
221   // Note that they will be initialized at 0 being global variables.
222   MaterialInfoTable* MaterialTable[MAX_THREADS];
223   PawnInfoTable* PawnTable[MAX_THREADS];
224
225   // Function prototypes
226   template<bool HasPopCnt>
227   Value do_evaluate(const Position& pos, Value margins[]);
228
229   template<Color Us, bool HasPopCnt>
230   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
231
232   template<Color Us, bool HasPopCnt>
233   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility);
234
235   template<Color Us, bool HasPopCnt>
236   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]);
237
238   template<Color Us>
239   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei);
240
241   template<Color Us, bool HasPopCnt>
242   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei);
243
244   template<Color Us>
245   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
246
247   Score apply_weight(Score v, Score weight);
248   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, const ScaleFactor sf[]);
249   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
250   void init_safety();
251 }
252
253
254 ////
255 //// Functions
256 ////
257
258
259 /// Prefetches in pawn hash tables
260
261 void prefetchPawn(Key key, int threadID) {
262
263     PawnTable[threadID]->prefetch(key);
264 }
265
266
267 /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
268 /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
269 /// between them based on the remaining material.
270 Value evaluate(const Position& pos, Value margins[]) {
271
272     return CpuHasPOPCNT ? do_evaluate<true>(pos, margins)
273                         : do_evaluate<false>(pos, margins);
274 }
275
276 namespace {
277
278 template<bool HasPopCnt>
279 Value do_evaluate(const Position& pos, Value margins[]) {
280
281   EvalInfo ei;
282   ScaleFactor factor[2];
283   Score mobilityWhite, mobilityBlack;
284
285   assert(pos.is_ok());
286   assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < MAX_THREADS);
287   assert(!pos.is_check());
288
289   // Initialize value by reading the incrementally updated scores included
290   // in the position object (material + piece square tables).
291   Score bonus = pos.value();
292
293   // margins[color] is the uncertainty estimation of position's evaluation
294   // and typically is used by the search for pruning decisions.
295   margins[WHITE] = margins[BLACK] = VALUE_ZERO;
296
297   // Probe the material hash table
298   MaterialInfo* mi = MaterialTable[pos.thread()]->get_material_info(pos);
299   bonus += mi->material_value();
300
301   // If we have a specialized evaluation function for the current material
302   // configuration, call it and return.
303   if (mi->specialized_eval_exists())
304       return mi->evaluate(pos);
305
306   // After get_material_info() call that modifies them
307   factor[WHITE] = mi->scale_factor(pos, WHITE);
308   factor[BLACK] = mi->scale_factor(pos, BLACK);
309
310   // Probe the pawn hash table
311   ei.pi = PawnTable[pos.thread()]->get_pawn_info(pos);
312   bonus += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
313
314   // Initialize attack and king safety bitboards
315   init_eval_info<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei);
316   init_eval_info<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
317
318   // Evaluate pieces and mobility
319   bonus +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, mobilityWhite)
320           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, mobilityBlack);
321
322   bonus += apply_weight(mobilityWhite - mobilityBlack, Weights[Mobility]);
323
324   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
325   // information when computing the king safety evaluation.
326   bonus +=  evaluate_king<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, margins)
327           - evaluate_king<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, margins);
328
329   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
330   bonus +=  evaluate_threats<WHITE>(pos, ei)
331           - evaluate_threats<BLACK>(pos, ei);
332
333   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
334   bonus +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>(pos, ei)
335           - evaluate_passed_pawns<BLACK>(pos, ei);
336
337   Phase phase = mi->game_phase();
338
339   // Evaluate space for both sides, only in middle-game.
340   if (phase > PHASE_ENDGAME && mi->space_weight() > 0)
341   {
342       int s = evaluate_space<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
343       bonus += apply_weight(make_score(s * mi->space_weight(), 0), Weights[Space]);
344   }
345
346   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
347   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those
348   if (   phase < PHASE_MIDGAME
349       && pos.opposite_colored_bishops()
350       && (   (factor[WHITE] == SCALE_FACTOR_NORMAL && eg_value(bonus) > VALUE_ZERO)
351           || (factor[BLACK] == SCALE_FACTOR_NORMAL && eg_value(bonus) < VALUE_ZERO)))
352   {
353       ScaleFactor sf;
354
355       // Only the two bishops ?
356       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
357           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame)
358       {
359           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
360           // certainly a draw or at least two pawns.
361           bool one_pawn = (pos.piece_count(WHITE, PAWN) + pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1);
362           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
363       }
364       else
365           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
366           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
367            sf = ScaleFactor(50);
368
369       if (factor[WHITE] == SCALE_FACTOR_NORMAL)
370           factor[WHITE] = sf;
371       if (factor[BLACK] == SCALE_FACTOR_NORMAL)
372           factor[BLACK] = sf;
373   }
374
375   // Interpolate between the middle game and the endgame score
376   Value v = scale_by_game_phase(bonus, phase, factor);
377   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
378 }
379
380 } // namespace
381
382
383 /// init_eval() initializes various tables used by the evaluation function
384
385 void init_eval(int threads) {
386
387   assert(threads <= MAX_THREADS);
388
389   for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
390   {
391       if (i >= threads)
392       {
393           delete PawnTable[i];
394           delete MaterialTable[i];
395           PawnTable[i] = NULL;
396           MaterialTable[i] = NULL;
397           continue;
398       }
399       if (!PawnTable[i])
400           PawnTable[i] = new PawnInfoTable();
401
402       if (!MaterialTable[i])
403           MaterialTable[i] = new MaterialInfoTable();
404   }
405 }
406
407
408 /// quit_eval() releases heap-allocated memory at program termination
409
410 void quit_eval() {
411
412   init_eval(0);
413 }
414
415
416 /// read_weights() reads evaluation weights from the corresponding UCI parameters
417
418 void read_weights(Color us) {
419
420   // King safety is asymmetrical. Our king danger level is weighted by
421   // "Cowardice" UCI parameter, instead the opponent one by "Aggressiveness".
422   const int kingDangerUs   = (us == WHITE ? KingDangerUs   : KingDangerThem);
423   const int kingDangerThem = (us == WHITE ? KingDangerThem : KingDangerUs);
424
425   Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Middle Game)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
426   Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Middle Game)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
427   Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Middle Game)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
428   Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
429   Weights[kingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
430   Weights[kingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
431
432   // If running in analysis mode, make sure we use symmetrical king safety. We do this
433   // by replacing both Weights[kingDangerUs] and Weights[kingDangerThem] by their average.
434   if (get_option_value_bool("UCI_AnalyseMode"))
435       Weights[kingDangerUs] = Weights[kingDangerThem] = (Weights[kingDangerUs] + Weights[kingDangerThem]) / 2;
436
437   init_safety();
438 }
439
440
441 namespace {
442
443   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
444   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
445
446   template<Color Us, bool HasPopCnt>
447   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
448
449     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
450
451     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
452     ei.kingZone[Us] = (b | (Us == WHITE ? b >> 8 : b << 8));
453     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
454     b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
455     ei.kingAttackersCount[Us] = b ? count_1s_max_15<HasPopCnt>(b) / 2 : EmptyBoardBB;
456     ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = EmptyBoardBB;
457   }
458
459
460   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outposts squares
461
462   template<PieceType Piece, Color Us>
463   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
464
465     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
466
467     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
468
469     // Initial bonus based on square
470     Value bonus = OutpostBonus[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
471
472     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
473     // no minor piece which can exchange the outpost piece.
474     if (bonus && bit_is_set(ei.attackedBy[Us][PAWN], s))
475     {
476         if (    pos.pieces(KNIGHT, Them) == EmptyBoardBB
477             && (SquaresByColorBB[square_color(s)] & pos.pieces(BISHOP, Them)) == EmptyBoardBB)
478             bonus += bonus + bonus / 2;
479         else
480             bonus += bonus / 2;
481     }
482     return make_score(bonus, bonus);
483   }
484
485
486   // evaluate_pieces<>() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
487
488   template<PieceType Piece, Color Us, bool HasPopCnt>
489   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility, Bitboard no_mob_area) {
490
491     Bitboard b;
492     Square s, ksq;
493     int mob;
494     File f;
495     Score bonus = SCORE_ZERO;
496
497     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
498     const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, Piece);
499
500     ei.attackedBy[Us][Piece] = EmptyBoardBB;
501
502     while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
503     {
504         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
505         if (Piece == KNIGHT || Piece == QUEEN)
506             b = pos.attacks_from<Piece>(s);
507         else if (Piece == BISHOP)
508             b = bishop_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(QUEEN, Us));
509         else if (Piece == ROOK)
510             b = rook_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(ROOK, QUEEN, Us));
511         else
512             assert(false);
513
514         // Update attack info
515         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
516
517         // King attacks
518         if (b & ei.kingZone[Us])
519         {
520             ei.kingAttackersCount[Us]++;
521             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
522             Bitboard bb = (b & ei.attackedBy[Them][KING]);
523             if (bb)
524                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += count_1s_max_15<HasPopCnt>(bb);
525         }
526
527         // Mobility
528         mob = (Piece != QUEEN ? count_1s_max_15<HasPopCnt>(b & no_mob_area)
529                               : count_1s<HasPopCnt>(b & no_mob_area));
530
531         mobility += MobilityBonus[Piece][mob];
532
533         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. Remaining part
534         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
535         if (bit_is_set(ei.attackedBy[Them][PAWN], s))
536             bonus -= ThreatedByPawnPenalty[Piece];
537
538         // Bishop and knight outposts squares
539         if ((Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT) && pos.square_is_weak(s, Us))
540             bonus += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
541
542         // Queen or rook on 7th rank
543         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
544             && relative_rank(Us, s) == RANK_7
545             && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
546         {
547             bonus += (Piece == ROOK ? RookOn7thBonus : QueenOn7thBonus);
548         }
549
550         // Special extra evaluation for rooks
551         if (Piece == ROOK)
552         {
553             // Open and half-open files
554             f = square_file(s);
555             if (ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
556             {
557                 if (ei.pi->file_is_half_open(Them, f))
558                     bonus += RookOpenFileBonus;
559                 else
560                     bonus += RookHalfOpenFileBonus;
561             }
562
563             // Penalize rooks which are trapped inside a king. Penalize more if
564             // king has lost right to castle.
565             if (mob > 6 || ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
566                 continue;
567
568             ksq = pos.king_square(Us);
569
570             if (    square_file(ksq) >= FILE_E
571                 &&  square_file(s) > square_file(ksq)
572                 && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
573             {
574                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
575                 if (!ei.pi->has_open_file_to_right(Us, square_file(ksq)))
576                     bonus -= make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
577                                                            : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
578             }
579             else if (    square_file(ksq) <= FILE_D
580                      &&  square_file(s) < square_file(ksq)
581                      && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
582             {
583                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
584                 if (!ei.pi->has_open_file_to_left(Us, square_file(ksq)))
585                     bonus -= make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
586                                                            : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
587             }
588         }
589     }
590     return bonus;
591   }
592
593
594   // evaluate_threats<>() assigns bonuses according to the type of attacking piece
595   // and the type of attacked one.
596
597   template<Color Us>
598   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
599
600     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
601
602     Bitboard b;
603     Score bonus = SCORE_ZERO;
604
605     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
606     Bitboard weakEnemies =  pos.pieces_of_color(Them)
607                           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
608                           & ei.attackedBy[Us][0];
609     if (!weakEnemies)
610         return SCORE_ZERO;
611
612     // Add bonus according to type of attacked enemy piece and to the
613     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
614     // considered because are already handled in king evaluation.
615     for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; pt1++)
616     {
617         b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
618         if (b)
619             for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; pt2++)
620                 if (b & pos.pieces(pt2))
621                     bonus += ThreatBonus[pt1][pt2];
622     }
623     return bonus;
624   }
625
626
627   // evaluate_pieces_of_color<>() assigns bonuses and penalties to all the
628   // pieces of a given color.
629
630   template<Color Us, bool HasPopCnt>
631   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility) {
632
633     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
634
635     Score bonus = mobility = SCORE_ZERO;
636
637     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
638     const Bitboard no_mob_area = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces_of_color(Us));
639
640     bonus += evaluate_pieces<KNIGHT, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
641     bonus += evaluate_pieces<BISHOP, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
642     bonus += evaluate_pieces<ROOK,   Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
643     bonus += evaluate_pieces<QUEEN,  Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
644
645     // Sum up all attacked squares
646     ei.attackedBy[Us][0] =   ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
647                            | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
648                            | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
649     return bonus;
650   }
651
652
653   // evaluate_king<>() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
654
655   template<Color Us, bool HasPopCnt>
656   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]) {
657
658     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
659
660     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
661     int attackUnits;
662     const Square ksq = pos.king_square(Us);
663
664     // King shelter
665     Score bonus = ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq);
666
667     // King safety. This is quite complicated, and is almost certainly far
668     // from optimally tuned.
669     if (   ei.kingAttackersCount[Them]  >= 2
670         && pos.non_pawn_material(Them)  >= QueenValueMidgame + RookValueMidgame
671         && pos.piece_count(Them, QUEEN) >= 1
672         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
673     {
674         // Find the attacked squares around the king which has no defenders
675         // apart from the king itself
676         undefended = ei.attackedBy[Them][0] & ei.attackedBy[Us][KING];
677         undefended &= ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
678                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
679                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
680
681         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
682         // index to the KingDangerTable[] array. The initial value is based on
683         // the number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
684         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
685         // king, and the quality of the pawn shelter.
686         attackUnits =  Min(25, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
687                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + count_1s_max_15<HasPopCnt>(undefended))
688                      + InitKingDanger[relative_square(Us, ksq)]
689                      - mg_value(ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq)) / 32;
690
691         // Analyse enemy's safe queen contact checks. First find undefended
692         // squares around the king attacked by enemy queen...
693         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces_of_color(Them);
694         if (b)
695         {
696             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
697             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
698                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
699             if (b)
700                 attackUnits +=  QueenContactCheckBonus
701                               * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b)
702                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
703         }
704
705         // Analyse enemy's safe distance checks for sliders and knights
706         safe = ~(pos.pieces_of_color(Them) | ei.attackedBy[Us][0]);
707
708         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
709         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
710
711         // Enemy queen safe checks
712         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
713         if (b)
714             attackUnits += QueenCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
715
716         // Enemy rooks safe checks
717         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
718         if (b)
719             attackUnits += RookCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
720
721         // Enemy bishops safe checks
722         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
723         if (b)
724             attackUnits += BishopCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
725
726         // Enemy knights safe checks
727         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
728         if (b)
729             attackUnits += KnightCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
730
731         // To index KingDangerTable[] attackUnits must be in [0, 99] range
732         attackUnits = Min(99, Max(0, attackUnits));
733
734         // Finally, extract the king danger score from the KingDangerTable[]
735         // array and subtract the score from evaluation. Set also margins[]
736         // value that will be used for pruning because this value can sometimes
737         // be very big, and so capturing a single attacking piece can therefore
738         // result in a score change far bigger than the value of the captured piece.
739         bonus -= KingDangerTable[Us][attackUnits];
740         margins[Us] += mg_value(KingDangerTable[Us][attackUnits]);
741     }
742     return bonus;
743   }
744
745
746   // evaluate_passed_pawns<>() evaluates the passed pawns of the given color
747
748   template<Color Us>
749   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
750
751     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
752
753     Score bonus = SCORE_ZERO;
754     Bitboard squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
755     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(Us);
756
757     if (!b)
758         return SCORE_ZERO;
759
760     do {
761         Square s = pop_1st_bit(&b);
762
763         assert(pos.pawn_is_passed(Us, s));
764
765         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
766         int rr = r * (r - 1);
767
768         // Base bonus based on rank
769         Value mbonus = Value(20 * rr);
770         Value ebonus = Value(10 * (rr + r + 1));
771
772         if (rr)
773         {
774             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
775
776             // Adjust bonus based on kings proximity
777             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq) * 3 * rr);
778             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
779             ebonus += Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 6 * rr);
780
781             // If the pawn is free to advance, increase bonus
782             if (pos.square_is_empty(blockSq))
783             {
784                 squaresToQueen = squares_in_front_of(Us, s);
785                 defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][0];
786
787                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
788                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
789                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
790                 if (   (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
791                     && (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
792                     unsafeSquares = squaresToQueen;
793                 else
794                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][0] | pos.pieces_of_color(Them));
795
796                 // If there aren't enemy attacks or pieces along the path to queen give
797                 // huge bonus. Even bigger if we protect the pawn's path.
798                 if (!unsafeSquares)
799                     ebonus += Value(rr * (squaresToQueen == defendedSquares ? 17 : 15));
800                 else
801                     // OK, there are enemy attacks or pieces (but not pawns). Are those
802                     // squares which are attacked by the enemy also attacked by us ?
803                     // If yes, big bonus (but smaller than when there are no enemy attacks),
804                     // if no, somewhat smaller bonus.
805                     ebonus += Value(rr * ((unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 13 : 8));
806
807                 // At last, add a small bonus when there are no *friendly* pieces
808                 // in the pawn's path.
809                 if (!(squaresToQueen & pos.pieces_of_color(Us)))
810                     ebonus += Value(rr);
811             }
812         } // rr != 0
813
814         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
815         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
816         supportingPawns = pos.pieces(PAWN, Us) & neighboring_files_bb(s);
817         if (supportingPawns & rank_bb(s))
818             ebonus += Value(r * 20);
819         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
820             ebonus += Value(r * 12);
821
822         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
823         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
824         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
825         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
826         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
827         // value if the other side has a rook or queen.
828         if (square_file(s) == FILE_A || square_file(s) == FILE_H)
829         {
830             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMidgame)
831                 ebonus += ebonus / 4;
832             else if (pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
833                 ebonus -= ebonus / 4;
834         }
835         bonus += make_score(mbonus, ebonus);
836
837     } while (b);
838
839     // Add the scores to the middle game and endgame eval
840     return apply_weight(bonus, Weights[PassedPawns]);
841   }
842
843
844   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
845   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
846   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
847   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
848   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
849   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
850   template<Color Us, bool HasPopCnt>
851   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
852
853     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
854
855     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
856     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
857     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
858     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
859                    & ~pos.pieces(PAWN, Us)
860                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
861                    & (ei.attackedBy[Us][0] | ~ei.attackedBy[Them][0]);
862
863     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
864     Bitboard behind = pos.pieces(PAWN, Us);
865     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
866     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
867
868     return count_1s_max_15<HasPopCnt>(safe) + count_1s_max_15<HasPopCnt>(behind & safe);
869   }
870
871
872   // apply_weight() applies an evaluation weight to a value trying to prevent overflow
873
874   inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
875       return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
876                         (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
877   }
878
879
880   // scale_by_game_phase() interpolates between a middle game and an endgame score,
881   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
882
883   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, const ScaleFactor sf[]) {
884
885     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
886     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
887     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
888
889     Value eg = eg_value(v);
890     ScaleFactor f = sf[eg > VALUE_ZERO ? WHITE : BLACK];
891     Value ev = Value((eg * int(f)) / SCALE_FACTOR_NORMAL);
892
893     int result = (mg_value(v) * int(ph) + ev * int(128 - ph)) / 128;
894     return Value(result & ~(GrainSize - 1));
895   }
896
897
898   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
899   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
900
901   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
902
903     // Scale option value from 100 to 256
904     int mg = get_option_value_int(mgOpt) * 256 / 100;
905     int eg = get_option_value_int(egOpt) * 256 / 100;
906
907     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
908   }
909
910
911   // init_safety() initizes the king safety evaluation, based on UCI
912   // parameters. It is called from read_weights().
913
914   void init_safety() {
915
916     const Value MaxSlope = Value(30);
917     const Value Peak = Value(1280);
918     Value t[100];
919
920     // First setup the base table
921     for (int i = 0; i < 100; i++)
922     {
923         t[i] = Value(int(0.4 * i * i));
924
925         if (i > 0)
926             t[i] = Min(t[i], t[i - 1] + MaxSlope);
927
928         t[i] = Min(t[i], Peak);
929     }
930
931     // Then apply the weights and get the final KingDangerTable[] array
932     for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
933         for (int i = 0; i < 100; i++)
934             KingDangerTable[c][i] = apply_weight(make_score(t[i], 0), Weights[KingDangerUs + c]);
935   }
936 }