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) 2015-2017 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
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Tracing {NO_TRACE, TRACE};
  37
  38     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  39       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  40     };
  41
  42     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  43
  44     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  45
  46     void add(int idx, Color c, Score s) {
  47       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  48       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  49     }
  50
  51     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  52       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  53     }
  54
  55     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  56
  57       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  58           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  59       else
  60           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  62              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  63              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  64
  65       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  66          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  67
  68       return os;
  69     }
  70   }
  71
  72   using namespace Trace;
  73
  74   // Evaluation class contains various information computed and collected
  75   // by the evaluation functions.
  76   template<Tracing T = NO_TRACE>
  77   class Evaluation {
  78
  79   public:
  80     Evaluation() = delete;
  81     Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
  82     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
  83
  84     Value value();
  85
  86   private:
  87     // Evaluation helpers (used when calling value())
  88     template<Color Us> void initialize();
  89     template<Color Us> Score evaluate_king();
  90     template<Color Us> Score evaluate_threats();
  91     template<Color Us> Score evaluate_passed_pawns();
  92     template<Color Us> Score evaluate_space();
  93     template<Color Us, PieceType Pt> Score evaluate_pieces();
  94     ScaleFactor evaluate_scale_factor(Value eg);
  95     Score evaluate_initiative(Value eg);
  96
  97     // Data members
  98     const Position& pos;
  99     Material::Entry* me;
 100     Pawns::Entry* pe;
 101     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 102     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 103
 104     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 105     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
 106     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 107
 108     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 109     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 110     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 111     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 112
 113     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
 114     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
 115     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
 116     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
 117     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
 118     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
 119     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 120
 121     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 122     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 123     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 124
 125     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
 126     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
 127     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 128     // KingAttackWeights array.
 129     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 130
 131     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 132     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 133     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 134     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 135     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 136     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 137   };
 138
 139   #define V(v) Value(v)
 140   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 141
 142   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 143   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 144   const Score MobilityBonus[][32] = {
 145     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 146       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 147     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 148       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 149       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 150     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 151       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 152       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 153     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 154       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 155       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 156       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 157       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 158   };
 159
 160   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 161   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
 162   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
 163   // then score is doubled.
 164   const Score Outpost[][2] = {
 165     { S(22, 6), S(33, 9) }, // Knight
 166     { S( 9, 2), S(14, 4) }  // Bishop
 167   };
 168
 169   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 170   // friendly pawn on the rook file.
 171   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 172
 173   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 174   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 175   // pawn-defended are not considered.
 176   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 177     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 178   };
 179
 180   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 181     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S(0, 34), S(35, 48)
 182   };
 183
 184   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 185   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 186   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 187
 188   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 189   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 190   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 191     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 192     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 193   };
 194
 195   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 196   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 197     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 198     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 199   };
 200
 201   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
 202   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
 203
 204   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 205   const Score MinorBehindPawn     = S( 16,  0);
 206   const Score BishopPawns         = S(  8, 12);
 207   const Score RookOnPawn          = S(  8, 24);
 208   const Score TrappedRook         = S( 92,  0);
 209   const Score WeakQueen           = S( 50, 10);
 210   const Score OtherCheck          = S( 10, 10);
 211   const Score CloseEnemies        = S(  7,  0);
 212   const Score PawnlessFlank       = S( 20, 80);
 213   const Score ThreatByHangingPawn = S( 71, 61);
 214   const Score ThreatBySafePawn    = S(182,175);
 215   const Score ThreatByRank        = S( 16,  3);
 216   const Score Hanging             = S( 48, 27);
 217   const Score ThreatByPawnPush    = S( 38, 22);
 218   const Score HinderPassedPawn    = S(  7,  0);
 219   const Score TrappedBishopA1H1   = S( 50, 50);
 220
 221   #undef S
 222   #undef V
 223
 224   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 225   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 226
 227   // Penalties for enemy's safe checks
 228   const int QueenCheck  = 780;
 229   const int RookCheck   = 880;
 230   const int BishopCheck = 435;
 231   const int KnightCheck = 790;
 232
 233   // Threshold for lazy and space evaluation
 234   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
 235   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
 236
 237
 238   // initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring bitboard
 239   // for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 240
 241   template<Tracing T> template<Color Us>
 242   void Evaluation<T>::initialize() {
 243
 244     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 245     const Square Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 246     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 247     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 248
 249     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
 250     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 251
 252     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
 253     // are excluded from the mobility area.
 254     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 255
 256     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
 257     b = attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 258     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 259
 260     attackedBy2[Us]            = b & attackedBy[Us][PAWN];
 261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | attackedBy[Us][PAWN];
 262
 263     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 264     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 265     {
 266         kingRing[Us] = b;
 267         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 268             kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
 269
 270         kingAttackersCount[Them] = popcount(b & pe->pawn_attacks(Them));
 271         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 272     }
 273     else
 274         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 275   }
 276
 277
 278   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 279   // color and type.
 280
 281   template<Tracing T>  template<Color Us, PieceType Pt>
 282   Score Evaluation<T>::evaluate_pieces() {
 283
 284     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 285     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 286                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 287     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 288
 289     Bitboard b, bb;
 290     Square s;
 291     Score score = SCORE_ZERO;
 292
 293     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 294
 295     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 296     {
 297         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 298         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 299           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 300                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 301
 302         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
 303             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 304
 305         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 306         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= attackedBy[Us][Pt] |= b;
 307
 308         if (b & kingRing[Them])
 309         {
 310             kingAttackersCount[Us]++;
 311             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 312             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 313         }
 314
 315         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 316
 317         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 318
 319         // Bonus for this piece as a king protector
 320         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 321
 322         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 323         {
 324             // Bonus for outpost squares
 325             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 326             if (bb & s)
 327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 328             else
 329             {
 330                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 331                 if (bb)
 332                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 333             }
 334
 335             // Bonus when behind a pawn
 336             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 337                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 338                 score += MinorBehindPawn;
 339
 340             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 341             if (Pt == BISHOP)
 342                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 343
 344             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 345             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 346             // when that pawn is also blocked.
 347             if (   Pt == BISHOP
 348                 && pos.is_chess960()
 349                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 350             {
 351                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 352                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 353                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 354                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 355                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 356             }
 357         }
 358
 359         if (Pt == ROOK)
 360         {
 361             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 362             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 363                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 364
 365             // Bonus when on an open or semi-open file
 366             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 367                 score += RookOnFile[!!pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 368
 369             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 370             else if (mob <= 3)
 371             {
 372                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 373
 374                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 375                     && !pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 376                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 377             }
 378         }
 379
 380         if (Pt == QUEEN)
 381         {
 382             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 383             Bitboard pinners;
 384             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 385                 score -= WeakQueen;
 386         }
 387     }
 388
 389     if (T)
 390         Trace::add(Pt, Us, score);
 391
 392     return score;
 393   }
 394
 395
 396   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 397
 398   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
 399   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 400   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
 401
 402   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
 403     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
 404   };
 405
 406   template<Tracing T>  template<Color Us>
 407   Score Evaluation<T>::evaluate_king() {
 408
 409     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 410     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 411     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 412                                        : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 413
 414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 415     Bitboard kingOnlyDefended, undefended, b, b1, b2, safe, other;
 416     int kingDanger;
 417
 418     // King shelter and enemy pawns storm
 419     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 420
 421     // Main king safety evaluation
 422     if (kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
 423     {
 424         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
 425         kingOnlyDefended =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 426                           &  attackedBy[Us][KING]
 427                           & ~attackedBy2[Us];
 428
 429         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 430         undefended =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 431                     & ~attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 432                     &  kingRing[Us]
 433                     & ~pos.pieces(Them);
 434
 435         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 436         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 437         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 438         // attacked and weak squares around our king, the absence of queen and
 439         // the quality of the pawn shelter (current 'score' value).
 440         kingDanger =        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 441                     + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 442                     + 191 * popcount(kingOnlyDefended | undefended)
 443                     + 143 * !!pos.pinned_pieces(Us)
 444                     - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 445                     -   9 * mg_value(score) / 8
 446                     +  40;
 447
 448         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 449         safe  = ~pos.pieces(Them);
 450         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (kingOnlyDefended & attackedBy2[Them]);
 451
 452         b1 = pos.attacks_from<  ROOK>(ksq);
 453         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 454
 455         // Enemy queen safe checks
 456         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 457             kingDanger += QueenCheck;
 458
 459         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
 460         // and only defended by our queen.
 461         safe |=  attackedBy2[Them]
 462                & ~(attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 463                & attackedBy[Us][QUEEN];
 464
 465         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
 466         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
 467         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
 468         other = ~(   attackedBy[Us][PAWN]
 469                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 470
 471         // Enemy rooks safe and other checks
 472         if (b1 & attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 473             kingDanger += RookCheck;
 474
 475         else if (b1 & attackedBy[Them][ROOK] & other)
 476             score -= OtherCheck;
 477
 478         // Enemy bishops safe and other checks
 479         if (b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 480             kingDanger += BishopCheck;
 481
 482         else if (b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 483             score -= OtherCheck;
 484
 485         // Enemy knights safe and other checks
 486         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 487         if (b & safe)
 488             kingDanger += KnightCheck;
 489
 490         else if (b & other)
 491             score -= OtherCheck;
 492
 493         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
 494         if (kingDanger > 0)
 495             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 496     }
 497
 498     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 499     File kf = file_of(ksq);
 500     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 501
 502     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 503     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 504
 505     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 506     // which are not defended by our pawns.
 507     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 508        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
 509
 510     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 511
 512     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 513     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 514         score -= PawnlessFlank;
 515
 516     if (T)
 517         Trace::add(KING, Us, score);
 518
 519     return score;
 520   }
 521
 522
 523   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 524   // and the attacked pieces.
 525
 526   template<Tracing T>  template<Color Us>
 527   Score Evaluation<T>::evaluate_threats() {
 528
 529     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 530     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 531     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 532     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 533     const Bitboard TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
 534
 535     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
 536     Score score = SCORE_ZERO;
 537
 538     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 539     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & attackedBy[Us][PAWN];
 540
 541     if (weak)
 542     {
 543         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 544                                     | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 545
 546         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 547
 548         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 549
 550         if (weak ^ safeThreats)
 551             score += ThreatByHangingPawn;
 552     }
 553
 554     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
 555     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
 556     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 557                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 558
 559     // Non-pawn enemies, strongly protected
 560     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
 561               & stronglyProtected;
 562
 563     // Enemies not strongly protected and under our attack
 564     weak =   pos.pieces(Them)
 565           & ~stronglyProtected
 566           &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 567
 568     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 569     if (defended | weak)
 570     {
 571         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 572         while (b)
 573         {
 574             Square s = pop_lsb(&b);
 575             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 576             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 577                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 578         }
 579
 580         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 581         while (b)
 582         {
 583             Square s = pop_lsb(&b);
 584             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 585             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 586                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 587         }
 588
 589         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 590
 591         b = weak & attackedBy[Us][KING];
 592         if (b)
 593             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 594     }
 595
 596     // Find squares where our pawns can push on the next move
 597     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 598     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 599
 600     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 601     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 602         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 603
 604     // Add a bonus for each new pawn threats from those squares
 605     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 606        &  pos.pieces(Them)
 607        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 608
 609     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 610
 611     if (T)
 612         Trace::add(THREAT, Us, score);
 613
 614     return score;
 615   }
 616
 617
 618   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
 619   // pawns of the given color.
 620
 621   template<Tracing T>  template<Color Us>
 622   Score Evaluation<T>::evaluate_passed_pawns() {
 623
 624     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 625     const Square Up  = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 626
 627     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 628     Score score = SCORE_ZERO;
 629
 630     b = pe->passed_pawns(Us);
 631
 632     while (b)
 633     {
 634         Square s = pop_lsb(&b);
 635
 636         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 637
 638         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 639         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 640
 641         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 642         int rr = r * (r - 1);
 643
 644         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 645
 646         if (rr)
 647         {
 648             Square blockSq = s + Up;
 649
 650             // Adjust bonus based on the king's proximity
 651             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 652                      - distance(pos.square<KING>(  Us), blockSq) * 2 * rr;
 653
 654             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 655             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 656                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + Up) * rr;
 657
 658             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 659             if (pos.empty(blockSq))
 660             {
 661                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 662                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 663                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 664                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 665
 666                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 667
 668                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 669                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 670
 671                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 672                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 673
 674                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 675                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 676                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 677
 678                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 679                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 680                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 681                     k += 6;
 682
 683                 else if (defendedSquares & blockSq)
 684                     k += 4;
 685
 686                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 687             }
 688             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 689                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 690         } // rr != 0
 691
 692         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 693         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
 694         if (!pos.pawn_passed(Us, s + Up) || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 695             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
 696
 697         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 698     }
 699
 700     if (T)
 701         Trace::add(PASSED, Us, score);
 702
 703     return score;
 704   }
 705
 706
 707   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 708   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 709   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 710   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 711   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 712   // improve play on game opening.
 713
 714   template<Tracing T>  template<Color Us>
 715   Score Evaluation<T>::evaluate_space() {
 716
 717     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 718     const Bitboard SpaceMask =
 719       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 720                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 721
 722     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 723     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 724     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 725     Bitboard safe =   SpaceMask
 726                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 727                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
 728                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 729
 730     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 731     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 732     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 733     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 734
 735     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 736     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 737
 738     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
 739     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 740     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 741
 742     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 743   }
 744
 745
 746   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 747   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 748   // status of the players.
 749
 750   template<Tracing T>
 751   Score Evaluation<T>::evaluate_initiative(Value eg) {
 752
 753     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 754                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 755     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 756
 757     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 758     int initiative = 8 * (pe->pawn_asymmetry() + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
 759
 760     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 761     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 762     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 763     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
 764
 765     return make_score(0, v);
 766   }
 767
 768
 769   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 770
 771   template<Tracing T>
 772   ScaleFactor Evaluation<T>::evaluate_scale_factor(Value eg) {
 773
 774     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 775     ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 776
 777     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 778     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 779     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
 780     {
 781         if (pos.opposite_bishops())
 782         {
 783             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 784             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 785             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 786                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 787                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 788
 789             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 790             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 791             return ScaleFactor(46);
 792         }
 793         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 794         // pawns are drawish.
 795         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 796                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 797                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 798             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 799     }
 800
 801     return sf;
 802   }
 803
 804
 805   // value() is the main function of the class. It computes the various parts of
 806   // the evaluation and returns the value of the position from the point of view
 807   // of the side to move.
 808
 809   template<Tracing T>
 810   Value Evaluation<T>::value() {
 811
 812     assert(!pos.checkers());
 813
 814     // Probe the material hash table
 815     me = Material::probe(pos);
 816
 817     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 818     // configuration, call it and return.
 819     if (me->specialized_eval_exists())
 820         return me->evaluate(pos);
 821
 822     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 823     // the position object (material + piece square tables) and the material
 824     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 825     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance();
 826
 827     // Probe the pawn hash table
 828     pe = Pawns::probe(pos);
 829     score += pe->pawns_score();
 830
 831     // Early exit if score is high
 832     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 833     if (abs(v) > LazyThreshold)
 834        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 835
 836     // Main evaluation begins here
 837
 838     initialize<WHITE>();
 839     initialize<BLACK>();
 840
 841     score += evaluate_pieces<WHITE, KNIGHT>() - evaluate_pieces<BLACK, KNIGHT>();
 842     score += evaluate_pieces<WHITE, BISHOP>() - evaluate_pieces<BLACK, BISHOP>();
 843     score += evaluate_pieces<WHITE, ROOK  >() - evaluate_pieces<BLACK, ROOK  >();
 844     score += evaluate_pieces<WHITE, QUEEN >() - evaluate_pieces<BLACK, QUEEN >();
 845
 846     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 847
 848     score +=  evaluate_king<WHITE>()
 849             - evaluate_king<BLACK>();
 850
 851     score +=  evaluate_threats<WHITE>()
 852             - evaluate_threats<BLACK>();
 853
 854     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>()
 855             - evaluate_passed_pawns<BLACK>();
 856
 857     if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 858         score +=  evaluate_space<WHITE>()
 859                 - evaluate_space<BLACK>();
 860
 861     score += evaluate_initiative(eg_value(score));
 862
 863     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 864     ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(eg_value(score));
 865     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 866        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 867
 868     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 869
 870     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 871     if (T)
 872     {
 873         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 874         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 875         Trace::add(PAWN, pe->pawns_score());
 876         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 877         if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 878             Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>()
 879                             , evaluate_space<BLACK>());
 880         Trace::add(TOTAL, score);
 881     }
 882
 883     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 884   }
 885
 886 } // namespace
 887
 888
 889 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static evaluation
 890 /// of the position from the point of view of the side to move.
 891
 892 Value Eval::evaluate(const Position& pos)
 893 {
 894    return Evaluation<>(pos).value();
 895 }
 896
 897 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 898 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 899 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 900
 901 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 902
 903   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 904
 905   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 906   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 907
 908   std::stringstream ss;
 909   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 910      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 911      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 912      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 913      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 914      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 915      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 916      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 917      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
 918      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 919      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 920      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 921      << "    King safety | " << Term(KING)
 922      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 923      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 924      << "          Space | " << Term(SPACE)
 925      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 926      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 927
 928   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 929
 930   return ss.str();
 931 }