Merge remote-tracking branch 'upstream/master'
[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 <cassert>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitboard.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30 #include "thread.h"
31
32 namespace Trace {
33
34   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
35
36   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
37     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
38   };
39
40   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
41
42   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44   void add(int idx, Color c, Score s) {
45     scores[idx][c] = s;
46   }
47
48   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
49     scores[idx][WHITE] = w;
50     scores[idx][BLACK] = b;
51   }
52
53   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
54     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
55        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
56     return os;
57   }
58
59   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
60
61     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
62         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
63     else
64         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
65
66     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
67     return os;
68   }
69 }
70
71 using namespace Trace;
72
73 namespace {
74
75   // Threshold for lazy and space evaluation
76   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
77   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
78
79   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
80   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
81
82   // Penalties for enemy's safe checks
83   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
84   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
85   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
86   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
87
88 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
89
90   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
91   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
92   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
93     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
94       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
95     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
96       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
97       S( 91, 88), S( 98, 97) },
98     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
99       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
100       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
101     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
102       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
103       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
104       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
105       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
106   };
107
108   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
109   // no (friendly) pawn on the rook file.
110   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
111
112   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
113   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
114   // pawn-defended are not considered.
115   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
116     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
117   };
118
119   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
120     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
121   };
122
123   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
124   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
125     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
126   };
127
128   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
129   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
130     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
131     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
132   };
133
134   // Assorted bonuses and penalties
135   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
136   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
137   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
138   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
139   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
140   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
141   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
142   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
143   constexpr Score Outpost            = S(  9,  3);
144   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
145   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
146   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
147   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
148   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
149   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
150   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
151   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
152   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
153   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
154   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
155
156 #undef S
157
158   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
159   template<Tracing T>
160   class Evaluation {
161
162   public:
163     Evaluation() = delete;
164     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
165     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
166     Value value();
167
168   private:
169     template<Color Us> void initialize();
170     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
171     template<Color Us> Score king() const;
172     template<Color Us> Score threats() const;
173     template<Color Us> Score passed() const;
174     template<Color Us> Score space() const;
175     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
176     Score initiative(Value eg) const;
177
178     const Position& pos;
179     Material::Entry* me;
180     Pawns::Entry* pe;
181     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
182     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
183
184     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
185     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
186     // is also calculated is ALL_PIECES.
187     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
188
189     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
190     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
191     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
192     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
193
194     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
195     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
196     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
197     // and h6.
198     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
199
200     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
201     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
202     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
203
204     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
205     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
206     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
207     // the KingAttackWeights array.
208     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
209
210     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
211     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
212     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
213     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
214     // to kingAttacksCount[WHITE].
215     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
216   };
217
218
219   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
220   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
221   template<Tracing T> template<Color Us>
222   void Evaluation<T>::initialize() {
223
224     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
225     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
226     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
227     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
228
229     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
230
231     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
232
233     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
234     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
235
236     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
237     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
238     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
239
240     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
241     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
242     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
243     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
244     attackedBy2[Us]            = (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN])
245                                  | dblAttackByPawn;
246
247     // Init our king safety tables
248     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
249     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
250         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
251
252     if (file_of(ksq) == FILE_H)
253         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
254
255     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
256         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
257
258     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
259     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
260
261     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
262     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
263   }
264
265
266   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
267   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
268   Score Evaluation<T>::pieces() {
269
270     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
271     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
272     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
273                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
274     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
275
276     Bitboard b, bb;
277     Score score = SCORE_ZERO;
278
279     attackedBy[Us][Pt] = 0;
280
281     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
282     {
283         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
284         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
285           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
286                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
287
288         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
289             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
290
291         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
292         attackedBy[Us][Pt] |= b;
293         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
294
295         if (b & kingRing[Them])
296         {
297             kingAttackersCount[Us]++;
298             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
299             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
300         }
301
302         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
303
304         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
305
306         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
307         {
308             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
309             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
310             if (bb & s)
311                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2)
312                                  * (1 + bool(attackedBy[Us][PAWN] & s));
313
314             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
315                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1)
316                                  * (1 + bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb));
317
318             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
319             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
320                 score += MinorBehindPawn;
321
322             // Penalty if the piece is far from the king
323             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
324
325             if (Pt == BISHOP)
326             {
327                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
328                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
329                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
330
331                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
332                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
333
334                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
335                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
336                     score += LongDiagonalBishop;
337             }
338
339             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
340             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
341             // when that pawn is also blocked.
342             if (   Pt == BISHOP
343                 && pos.is_chess960()
344                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
345             {
346                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
347                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
348                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
349                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
350                                                                               : CorneredBishop;
351             }
352         }
353
354         if (Pt == ROOK)
355         {
356             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
357             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
358                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
359
360             // Bonus for rook on an open or semi-open file
361             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
362                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
363
364             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
365             else if (mob <= 3)
366             {
367                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
368                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
369                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
370             }
371         }
372
373         if (Pt == QUEEN)
374         {
375             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
376             Bitboard queenPinners;
377             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
378                 score -= WeakQueen;
379         }
380     }
381     if (T)
382         Trace::add(Pt, Us, score);
383
384     return score;
385   }
386
387
388   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
389   template<Tracing T> template<Color Us>
390   Score Evaluation<T>::king() const {
391
392     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
393     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
394                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
395
396     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
397     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
398     int kingDanger = 0;
399     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
400
401     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
402     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
403
404     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
405     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
406           & ~attackedBy2[Us]
407           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
408
409     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
410     safe  = ~pos.pieces(Them);
411     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
412
413     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
414     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
415
416     // Enemy rooks checks
417     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
418
419     if (rookChecks)
420         kingDanger += RookSafeCheck;
421     else
422         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
423
424     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
425     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
426     queenChecks =  (b1 | b2)
427                  & attackedBy[Them][QUEEN]
428                  & safe
429                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
430                  & ~rookChecks;
431
432     if (queenChecks)
433         kingDanger += QueenSafeCheck;
434
435     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
436     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
437     bishopChecks =  b2
438                   & attackedBy[Them][BISHOP]
439                   & safe
440                   & ~queenChecks;
441
442     if (bishopChecks)
443         kingDanger += BishopSafeCheck;
444     else
445         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
446
447     // Enemy knights checks
448     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
449
450     if (knightChecks & safe)
451         kingDanger += KnightSafeCheck;
452     else
453         unsafeChecks |= knightChecks;
454
455     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
456     // the square is in the attacker's mobility area.
457     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
458
459     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
460     // which are attacked twice in that flank.
461     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
462     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
463
464     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
465
466     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
467                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
468                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
469                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
470                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
471                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
472                  -   6 * mg_value(score) / 8
473                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
474                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
475                  -   15;
476
477     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
478     if (kingDanger > 100)
479         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
480
481     // Penalty when our king is on a pawnless flank
482     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
483         score -= PawnlessFlank;
484
485     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
486     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
487
488     if (T)
489         Trace::add(KING, Us, score);
490
491     return score;
492   }
493
494
495   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
496   // attacking and the attacked pieces.
497   template<Tracing T> template<Color Us>
498   Score Evaluation<T>::threats() const {
499
500     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
501     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
502     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
503
504     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
505     Score score = SCORE_ZERO;
506
507     // Non-pawn enemies
508     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
509
510     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
511     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
512     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
513                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
514
515     // Non-pawn enemies, strongly protected
516     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
517
518     // Enemies not strongly protected and under our attack
519     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
520
521     // Safe or protected squares
522     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
523
524     // Bonus according to the kind of attacking pieces
525     if (defended | weak)
526     {
527         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
528         while (b)
529         {
530             Square s = pop_lsb(&b);
531             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
532             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
533                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
534         }
535
536         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
537         while (b)
538         {
539             Square s = pop_lsb(&b);
540             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
541             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
542                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
543         }
544
545         if (weak & attackedBy[Us][KING])
546             score += ThreatByKing;
547
548         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
549            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
550         score += Hanging * popcount(weak & b);
551     }
552
553     // Bonus for restricting their piece moves
554     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
555        & ~stronglyProtected
556        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
557
558     score += RestrictedPiece * popcount(b);
559
560     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
561     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
562         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
563
564     // Find squares where our pawns can push on the next move
565     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
566     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
567
568     // Keep only the squares which are relatively safe
569     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
570
571     // Bonus for safe pawn threats on the next move
572     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
573     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
574
575     // Our safe or protected pawns
576     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
577
578     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
579     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
580
581     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
582     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
583     {
584         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
585         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
586
587         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
588
589         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
590
591         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
592            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
593
594         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
595     }
596
597     if (T)
598         Trace::add(THREAT, Us, score);
599
600     return score;
601   }
602
603   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
604   // pawns of the given color.
605
606   template<Tracing T> template<Color Us>
607   Score Evaluation<T>::passed() const {
608
609     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
610     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
611
612     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
613       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
614     };
615
616     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
617     Score score = SCORE_ZERO;
618
619     b = pe->passed_pawns(Us);
620
621     while (b)
622     {
623         Square s = pop_lsb(&b);
624
625         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
626
627         int r = relative_rank(Us, s);
628
629         Score bonus = PassedRank[r];
630
631         if (r > RANK_3)
632         {
633             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
634             Square blockSq = s + Up;
635
636             // Adjust bonus based on the king's proximity
637             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
638                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
639
640             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
641             if (r != RANK_7)
642                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
643
644             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
645             if (pos.empty(blockSq))
646             {
647                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
648                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
649                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
650                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
651
652                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
653
654                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
655                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
656
657                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
658                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
659
660                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
661                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
662                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
663
664                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
665                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
666                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
667                     k += 6;
668
669                 else if (defendedSquares & blockSq)
670                     k += 4;
671
672                 bonus += make_score(k * w, k * w);
673             }
674         } // rank > RANK_3
675
676         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
677         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
678         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
679             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
680             bonus = bonus / 2;
681
682         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
683     }
684
685     if (T)
686         Trace::add(PASSED, Us, score);
687
688     return score;
689   }
690
691
692   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
693   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
694   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
695   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
696   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
697   // improve play on game opening.
698
699   template<Tracing T> template<Color Us>
700   Score Evaluation<T>::space() const {
701
702     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
703         return SCORE_ZERO;
704
705     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
706     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
707     constexpr Bitboard SpaceMask =
708       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
709                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
710
711     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
712     Bitboard safe =   SpaceMask
713                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
714                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
715
716     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
717     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
718     behind |= shift<Down>(behind);
719     behind |= shift<Down>(shift<Down>(behind));
720
721     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
722     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
723                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
724
725     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
726
727     if (T)
728         Trace::add(SPACE, Us, score);
729
730     return score;
731   }
732
733
734   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
735   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
736   // known attacking/defending status of the players.
737
738   template<Tracing T>
739   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
740
741     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
742                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
743
744     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
745                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
746
747     // Compute the initiative bonus for the attacking side
748     int complexity =   9 * pe->passed_count()
749                     + 11 * pos.count<PAWN>()
750                     +  9 * outflanking
751                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
752                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
753                     -103 ;
754
755     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
756     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
757     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
758     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
759
760     if (T)
761         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
762
763     return make_score(0, v);
764   }
765
766
767   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
768
769   template<Tracing T>
770   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
771
772     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
773     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
774
775     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
776     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
777     {
778         if (   pos.opposite_bishops()
779             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
780             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
781             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
782         else
783             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
784
785     }
786
787     return ScaleFactor(sf);
788   }
789
790
791   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
792   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
793   // of view of the side to move.
794
795   template<Tracing T>
796   Value Evaluation<T>::value() {
797
798     assert(!pos.checkers());
799
800     // Probe the material hash table
801     me = Material::probe(pos);
802
803     // If we have a specialized evaluation function for the current material
804     // configuration, call it and return.
805     if (me->specialized_eval_exists())
806         return me->evaluate(pos);
807
808     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
809     // the position object (material + piece square tables) and the material
810     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
811     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
812
813     // Probe the pawn hash table
814     pe = Pawns::probe(pos);
815     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
816
817     // Early exit if score is high
818     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
819     if (abs(v) > LazyThreshold)
820        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
821
822     // Main evaluation begins here
823
824     initialize<WHITE>();
825     initialize<BLACK>();
826
827     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
828     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
829             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
830             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
831             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
832
833     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
834
835     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
836             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
837             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
838             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
839
840     score += initiative(eg_value(score));
841
842     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
843     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
844     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
845        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
846
847     v /= PHASE_MIDGAME;
848
849     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
850     if (T)
851     {
852         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
853         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
854         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
855         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
856         Trace::add(TOTAL, score);
857     }
858
859     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
860            + Eval::Tempo;
861   }
862
863 } // namespace
864
865
866 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
867 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
868
869 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
870   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
871 }
872
873
874 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
875 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
876 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
877
878 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
879
880   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
881
882   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
883
884   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
885
886   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
887
888   std::stringstream ss;
889   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
890      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
891      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
892      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
893      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
894      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
895      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
896      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
897      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
898      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
899      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
900      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
901      << " King safety | " << Term(KING)
902      << "     Threats | " << Term(THREAT)
903      << "      Passed | " << Term(PASSED)
904      << "       Space | " << Term(SPACE)
905      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
906      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
907      << "       Total | " << Term(TOTAL);
908
909   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
910
911   return ss.str();
912 }