]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
7e6260c8a34128fe588b3a2c492e07af526986b1
[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 * pos.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 (pos.semiopen_file(Us, file_of(s)))
362                 score += RookOnFile[bool(pos.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                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
471                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
472                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
473                  -   6 * mg_value(score) / 8
474                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
475                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
476                  -   7;
477
478     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
479     if (kingDanger > 100)
480         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
481
482     // Penalty when our king is on a pawnless flank
483     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
484         score -= PawnlessFlank;
485
486     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
487     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
488
489     if (T)
490         Trace::add(KING, Us, score);
491
492     return score;
493   }
494
495
496   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
497   // attacking and the attacked pieces.
498   template<Tracing T> template<Color Us>
499   Score Evaluation<T>::threats() const {
500
501     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
502     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
503     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
504
505     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
506     Score score = SCORE_ZERO;
507
508     // Non-pawn enemies
509     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
510
511     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
512     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
513     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
514                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
515
516     // Non-pawn enemies, strongly protected
517     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
518
519     // Enemies not strongly protected and under our attack
520     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
521
522     // Safe or protected squares
523     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
524
525     // Bonus according to the kind of attacking pieces
526     if (defended | weak)
527     {
528         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
529         while (b)
530         {
531             Square s = pop_lsb(&b);
532             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
533             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
534                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
535         }
536
537         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
538         while (b)
539         {
540             Square s = pop_lsb(&b);
541             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
542             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
543                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
544         }
545
546         if (weak & attackedBy[Us][KING])
547             score += ThreatByKing;
548
549         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
550            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
551         score += Hanging * popcount(weak & b);
552     }
553
554     // Bonus for restricting their piece moves
555     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
556        & ~stronglyProtected
557        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
558
559     score += RestrictedPiece * popcount(b);
560
561     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
562     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
563         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
564
565     // Find squares where our pawns can push on the next move
566     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
567     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
568
569     // Keep only the squares which are relatively safe
570     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
571
572     // Bonus for safe pawn threats on the next move
573     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
574     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
575
576     // Our safe or protected pawns
577     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
578
579     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
580     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
581
582     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
583     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
584     {
585         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
586         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
587
588         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
589
590         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
591
592         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
593            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
594
595         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
596     }
597
598     if (T)
599         Trace::add(THREAT, Us, score);
600
601     return score;
602   }
603
604   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
605   // pawns of the given color.
606
607   template<Tracing T> template<Color Us>
608   Score Evaluation<T>::passed() const {
609
610     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
611     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
612
613     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
614       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
615     };
616
617     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
618     Score score = SCORE_ZERO;
619
620     b = pe->passed_pawns(Us);
621
622     while (b)
623     {
624         Square s = pop_lsb(&b);
625
626         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
627
628         int r = relative_rank(Us, s);
629
630         Score bonus = PassedRank[r];
631
632         if (r > RANK_3)
633         {
634             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
635             Square blockSq = s + Up;
636
637             // Adjust bonus based on the king's proximity
638             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
639                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
640
641             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
642             if (r != RANK_7)
643                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
644
645             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
646             if (pos.empty(blockSq))
647             {
648                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
649                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
650                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
651                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
652
653                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
654
655                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
656                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
657
658                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
659                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
660
661                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
662                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
663                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
664
665                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
666                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
667                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
668                     k += 6;
669
670                 else if (defendedSquares & blockSq)
671                     k += 4;
672
673                 bonus += make_score(k * w, k * w);
674             }
675         } // rank > RANK_3
676
677         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
678         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
679         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
680             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
681             bonus = bonus / 2;
682
683         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
684     }
685
686     if (T)
687         Trace::add(PASSED, Us, score);
688
689     return score;
690   }
691
692
693   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
694   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
695   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
696   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
697   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
698   // improve play on game opening.
699
700   template<Tracing T> template<Color Us>
701   Score Evaluation<T>::space() const {
702
703     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
704         return SCORE_ZERO;
705
706     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
707     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
708     constexpr Bitboard SpaceMask =
709       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
710                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
711
712     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
713     Bitboard safe =   SpaceMask
714                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
715                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
716
717     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
718     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
719     behind |= shift<Down>(behind);
720     behind |= shift<Down>(shift<Down>(behind));
721
722     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
723     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
724                - (16 - pos.count<PAWN>()) / 4;
725
726     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
727
728     if (T)
729         Trace::add(SPACE, Us, score);
730
731     return score;
732   }
733
734
735   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
736   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
737   // known attacking/defending status of the players.
738
739   template<Tracing T>
740   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
741
742     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
743                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
744
745     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
746                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
747
748     // Compute the initiative bonus for the attacking side
749     int complexity =   9 * pe->passed_count()
750                     + 11 * pos.count<PAWN>()
751                     +  9 * outflanking
752                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
753                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
754                     -103 ;
755
756     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
757     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
758     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
759     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
760
761     if (T)
762         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
763
764     return make_score(0, v);
765   }
766
767
768   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
769
770   template<Tracing T>
771   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
772
773     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
774     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
775
776     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
777     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
778     {
779         if (   pos.opposite_bishops()
780             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
781             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
782             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
783         else
784             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
785
786     }
787
788     return ScaleFactor(sf);
789   }
790
791
792   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
793   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
794   // of view of the side to move.
795
796   template<Tracing T>
797   Value Evaluation<T>::value() {
798
799     assert(!pos.checkers());
800
801     // Probe the material hash table
802     me = Material::probe(pos);
803
804     // If we have a specialized evaluation function for the current material
805     // configuration, call it and return.
806     if (me->specialized_eval_exists())
807         return me->evaluate(pos);
808
809     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
810     // the position object (material + piece square tables) and the material
811     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
812     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
813
814     // Probe the pawn hash table
815     pe = Pawns::probe(pos);
816     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
817
818     // Early exit if score is high
819     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
820     if (abs(v) > LazyThreshold)
821        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
822
823     // Main evaluation begins here
824
825     initialize<WHITE>();
826     initialize<BLACK>();
827
828     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
829     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
830             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
831             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
832             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
833
834     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
835
836     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
837             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
838             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
839             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
840
841     score += initiative(eg_value(score));
842
843     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
844     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
845     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
846        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
847
848     v /= PHASE_MIDGAME;
849
850     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
851     if (T)
852     {
853         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
854         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
855         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
856         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
857         Trace::add(TOTAL, score);
858     }
859
860     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
861            + Eval::Tempo;
862   }
863
864 } // namespace
865
866
867 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
868 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
869
870 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
871   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
872 }
873
874
875 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
876 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
877 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
878
879 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
880
881   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
882
883   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
884
885   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
886
887   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
888
889   std::stringstream ss;
890   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
891      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
892      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
893      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
894      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
895      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
896      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
897      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
898      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
899      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
900      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
901      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
902      << " King safety | " << Term(KING)
903      << "     Threats | " << Term(THREAT)
904      << "      Passed | " << Term(PASSED)
905      << "       Space | " << Term(SPACE)
906      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
907      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
908      << "       Total | " << Term(TOTAL);
909
910   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
911
912   return ss.str();
913 }