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

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 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 }