Revert "Revert "Revert "Shuffle detection #2064"""
[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) 2008-2015 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, 77, 55, 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(18, 7), S(44, 20) };
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(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(0, 24), 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( 18,  6);
139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
142   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
143   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
144   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
145   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
146   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
148   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
149   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
150
151 #undef S
152
153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
154   template<Tracing T>
155   class Evaluation {
156
157   public:
158     Evaluation() = delete;
159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
161     Value value();
162
163   private:
164     template<Color Us> void initialize();
165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
166     template<Color Us> Score king() const;
167     template<Color Us> Score threats() const;
168     template<Color Us> Score passed() const;
169     template<Color Us> Score space() const;
170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
171     Score initiative(Value eg) const;
172
173     const Position& pos;
174     Material::Entry* me;
175     Pawns::Entry* pe;
176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
178
179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
181     // is also calculated is ALL_PIECES.
182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
183
184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
187
188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
189     // very near squares, depending on king position.
190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
191
192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
195
196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
199     // the KingAttackWeights array.
200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
201
202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
206     // to kingAttacksCount[WHITE].
207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
208   };
209
210
211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
213   template<Tracing T> template<Color Us>
214   void Evaluation<T>::initialize() {
215
216     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
218     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
220
221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
222
223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
224
225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
227
228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
229     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
231
232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
237
238     // Init our king safety tables
239     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
240     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
241         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
242
243     if (file_of(ksq) == FILE_H)
244         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
245
246     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
247         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
248
249     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
250     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
251
252     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
253     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
254   }
255
256
257   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
258   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
259   Score Evaluation<T>::pieces() {
260
261     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
262     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
263     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
264                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
265     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
266
267     Bitboard b, bb;
268     Score score = SCORE_ZERO;
269
270     attackedBy[Us][Pt] = 0;
271
272     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
273     {
274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
278
279         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
281
282         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
283         attackedBy[Us][Pt] |= b;
284         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
285
286         if (b & kingRing[Them])
287         {
288             kingAttackersCount[Us]++;
289             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
290             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
291         }
292
293         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
294
295         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
296
297         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
298         {
299             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
300             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
301             if (bb & s)
302                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2);
303
304             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
305                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
306
307             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
308             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
309                 score += MinorBehindPawn;
310
311             // Penalty if the piece is far from the king
312             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
313
314             if (Pt == BISHOP)
315             {
316                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
317                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
318                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
319
320                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
321                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
322
323                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
324                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
325                     score += LongDiagonalBishop;
326             }
327
328             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
329             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
330             // when that pawn is also blocked.
331             if (   Pt == BISHOP
332                 && pos.is_chess960()
333                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
334             {
335                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
336                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
337                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
338                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
339                                                                               : CorneredBishop;
340             }
341         }
342
343         if (Pt == ROOK)
344         {
345             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
346             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
347                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
348
349             // Bonus for rook on an open or semi-open file
350             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
351                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
352
353             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
354             else if (mob <= 3)
355             {
356                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
357                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
358                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
359             }
360         }
361
362         if (Pt == QUEEN)
363         {
364             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
365             Bitboard queenPinners;
366             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
367                 score -= WeakQueen;
368         }
369     }
370     if (T)
371         Trace::add(Pt, Us, score);
372
373     return score;
374   }
375
376
377   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
378   template<Tracing T> template<Color Us>
379   Score Evaluation<T>::king() const {
380
381     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
382     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
383                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
384
385     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
386     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
387     int kingDanger = 0;
388     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
389
390     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
391     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
392
393     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
394     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
395           & ~attackedBy2[Us]
396           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
397
398     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
399     safe  = ~pos.pieces(Them);
400     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
401
402     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
403     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
404
405     // Enemy rooks checks
406     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
407
408     if (rookChecks)
409         kingDanger += RookSafeCheck;
410     else
411         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
412
413     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
414     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
415     queenChecks =  (b1 | b2)
416                  & attackedBy[Them][QUEEN]
417                  & safe
418                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
419                  & ~rookChecks;
420
421     if (queenChecks)
422         kingDanger += QueenSafeCheck;
423
424     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
425     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
426     bishopChecks =  b2
427                   & attackedBy[Them][BISHOP]
428                   & safe
429                   & ~queenChecks;
430
431     if (bishopChecks)
432         kingDanger += BishopSafeCheck;
433     else
434         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
435
436     // Enemy knights checks
437     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
438
439     if (knightChecks & safe)
440         kingDanger += KnightSafeCheck;
441     else
442         unsafeChecks |= knightChecks;
443
444     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
445     // the square is in the attacker's mobility area.
446     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
447
448     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
449     // which are attacked twice in that flank.
450     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
451     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
452
453     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
454
455     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
456                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
457                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
458                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
459                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
460                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
461                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
462                  -   6 * mg_value(score) / 8
463                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
464                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
465                  -   7;
466
467     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
468     if (kingDanger > 100)
469         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
470
471     // Penalty when our king is on a pawnless flank
472     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
473         score -= PawnlessFlank;
474
475     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
476     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
477
478     if (T)
479         Trace::add(KING, Us, score);
480
481     return score;
482   }
483
484
485   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
486   // attacking and the attacked pieces.
487   template<Tracing T> template<Color Us>
488   Score Evaluation<T>::threats() const {
489
490     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
491     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
492     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
493
494     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
495     Score score = SCORE_ZERO;
496
497     // Non-pawn enemies
498     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
499
500     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
501     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
502     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
503                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
504
505     // Non-pawn enemies, strongly protected
506     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
507
508     // Enemies not strongly protected and under our attack
509     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
510
511     // Safe or protected squares
512     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
513
514     // Bonus according to the kind of attacking pieces
515     if (defended | weak)
516     {
517         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
518         while (b)
519         {
520             Square s = pop_lsb(&b);
521             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
522             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
523                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
524         }
525
526         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
527         while (b)
528         {
529             Square s = pop_lsb(&b);
530             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
531             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
532                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
533         }
534
535         if (weak & attackedBy[Us][KING])
536             score += ThreatByKing;
537
538         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
539            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
540         score += Hanging * popcount(weak & b);
541     }
542
543     // Bonus for restricting their piece moves
544     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
545        & ~stronglyProtected
546        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
547
548     score += RestrictedPiece * popcount(b);
549
550     // Find squares where our pawns can push on the next move
551     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
552     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
553
554     // Keep only the squares which are relatively safe
555     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
556
557     // Bonus for safe pawn threats on the next move
558     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
559     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
560
561     // Our safe or protected pawns
562     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
563
564     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
565     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
566
567     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
568     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
569     {
570         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
571         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
572
573         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
574
575         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
576
577         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
578            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
579
580         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
581     }
582
583     if (T)
584         Trace::add(THREAT, Us, score);
585
586     return score;
587   }
588
589   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
590   // pawns of the given color.
591
592   template<Tracing T> template<Color Us>
593   Score Evaluation<T>::passed() const {
594
595     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
596     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
597
598     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
599       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
600     };
601
602     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
603     Score score = SCORE_ZERO;
604
605     b = pe->passed_pawns(Us);
606
607     while (b)
608     {
609         Square s = pop_lsb(&b);
610
611         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
612
613         int r = relative_rank(Us, s);
614         File f = file_of(s);
615
616         Score bonus = PassedRank[r];
617
618         if (r > RANK_3)
619         {
620             int w = 5 * r - 13;
621             Square blockSq = s + Up;
622
623             // Adjust bonus based on the king's proximity
624             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
625                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
626
627             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
628             if (r != RANK_7)
629                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
630
631             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
632             if (pos.empty(blockSq))
633             {
634                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
635                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
636
637                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
638
639                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
640                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
641
642                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
643                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
644                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
645                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
646                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
647                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
648                                                              0 ;
649
650                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
651                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
652                     k += 5;
653
654                 bonus += make_score(k * w, k * w);
655             }
656         } // r > RANK_3
657
658         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
659         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
660         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
661             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
662             bonus = bonus / 2;
663
664         score += bonus - PassedFile * std::min(f, ~f);
665     }
666
667     if (T)
668         Trace::add(PASSED, Us, score);
669
670     return score;
671   }
672
673
674   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
675   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
676   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
677   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
678   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
679   // improve play on game opening.
680
681   template<Tracing T> template<Color Us>
682   Score Evaluation<T>::space() const {
683
684     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
685         return SCORE_ZERO;
686
687     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
688     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
689     constexpr Bitboard SpaceMask =
690       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
691                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
692
693     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
694     Bitboard safe =   SpaceMask
695                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
696                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
697
698     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
699     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
700     behind |= shift<Down>(behind);
701     behind |= shift<Down+Down>(behind);
702
703     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
704     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
705     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
706
707     if (T)
708         Trace::add(SPACE, Us, score);
709
710     return score;
711   }
712
713
714   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
715   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
716   // known attacking/defending status of the players.
717
718   template<Tracing T>
719   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
720
721     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
722                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
723
724     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
725                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
726
727     // Compute the initiative bonus for the attacking side
728     int complexity =   9 * pe->passed_count()
729                     + 11 * pos.count<PAWN>()
730                     +  9 * outflanking
731                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
732                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
733                     -103 ;
734
735     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
736     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
737     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
738     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
739
740     if (T)
741         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
742
743     return make_score(0, v);
744   }
745
746
747   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
748
749   template<Tracing T>
750   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
751
752     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
753     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
754
755     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
756     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
757     {
758         if (   pos.opposite_bishops()
759             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
760             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
761         else
762             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
763
764     }
765
766     return ScaleFactor(sf);
767   }
768
769
770   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
771   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
772   // of view of the side to move.
773
774   template<Tracing T>
775   Value Evaluation<T>::value() {
776
777     assert(!pos.checkers());
778
779     // Probe the material hash table
780     me = Material::probe(pos);
781
782     // If we have a specialized evaluation function for the current material
783     // configuration, call it and return.
784     if (me->specialized_eval_exists())
785         return me->evaluate(pos);
786
787     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
788     // the position object (material + piece square tables) and the material
789     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
790     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
791
792     // Probe the pawn hash table
793     pe = Pawns::probe(pos);
794     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
795
796     // Early exit if score is high
797     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
798     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
799        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
800
801     // Main evaluation begins here
802
803     initialize<WHITE>();
804     initialize<BLACK>();
805
806     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
807     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
808             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
809             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
810             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
811
812     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
813
814     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
815             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
816             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
817             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
818
819     score += initiative(eg_value(score));
820
821     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
822     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
823     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
824        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
825
826     v /= PHASE_MIDGAME;
827
828     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
829     if (T)
830     {
831         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
832         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
833         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
834         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
835         Trace::add(TOTAL, score);
836     }
837
838     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
839            + Eval::Tempo;
840   }
841
842 } // namespace
843
844
845 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
846 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
847
848 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
849   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
850 }
851
852
853 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
854 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
855 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
856
857 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
858
859   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
860
861   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
862
863   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
864
865   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
866
867   std::stringstream ss;
868   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
869      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
870      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
871      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
872      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
873      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
874      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
875      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
876      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
877      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
878      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
879      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
880      << " King safety | " << Term(KING)
881      << "     Threats | " << Term(THREAT)
882      << "      Passed | " << Term(PASSED)
883      << "       Space | " << Term(SPACE)
884      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
885      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
886      << "       Total | " << Term(TOTAL);
887
888   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
889
890   return ss.str();
891 }