7fb3a8cb141d4294c969b8292b4e4ca3c288813b
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
145   };
146
147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
148   // type is attacked by an enemy pawn.
149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
150     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
151   };
152
153   // Hanging contains a bonus for each enemy hanging piece
154   const Score Hanging = S(23, 20);
155
156   #undef S
157
158   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
159   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
160   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
161   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
162   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
163   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
164   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
170
171   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
172   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
173   // based on how many squares inside this area are safe and available for
174   // friendly minor pieces.
175   const Bitboard SpaceMask[] = {
176     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
178   };
179
180   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
181   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
182   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
183   // index to KingDanger[].
184   //
185   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
186   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
187
188   // Bonuses for enemy's safe checks
189   const int QueenContactCheck = 24;
190   const int RookContactCheck  = 16;
191   const int QueenCheck        = 12;
192   const int RookCheck         = 8;
193   const int BishopCheck       = 2;
194   const int KnightCheck       = 3;
195
196   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
197   // scores, indexed by a calculated integer number.
198   Score KingDanger[128];
199
200   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
201
202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
205   }
206
207
208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
210
211   template<Color Us>
212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
213
214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
216
217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
218
219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221
222     // Init king safety tables only if we are going to use them
223     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
224     {
225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
229     }
230     else
231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
232   }
233
234
235   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
236
237   template<PieceType Pt, Color Us>
238   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
239
240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
241
242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
243
244     // Initial bonus based on square
245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
246
247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
250     {
251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
253             bonus += bonus + bonus / 2;
254         else
255             bonus += bonus / 2;
256     }
257
258     return make_score(bonus, bonus);
259   }
260
261
262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
263
264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
266
267     Bitboard b;
268     Square s;
269     Score score = SCORE_ZERO;
270
271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
274
275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
286
287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
288
289         if (b & ei.kingRing[Them])
290         {
291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
294             if (bb)
295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
296         }
297
298         if (Pt == QUEEN)
299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
302
303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Penalty for bishop with same colored pawns
316             if (Pt == BISHOP)
317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
318
319             // Bishop and knight outpost square
320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
321                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
322
323             // Bishop or knight behind a pawn
324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
326                 score += MinorBehindPawn;
327         }
328
329         if (Pt == ROOK)
330         {
331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
333             {
334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
335                 if (pawns)
336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
337             }
338
339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
342
343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 continue;
345
346             Square ksq = pos.king_square(Us);
347
348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
349             // king has lost its castling capability.
350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
352                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
354         }
355
356         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
358         // when that pawn is also blocked.
359         if (   Pt == BISHOP
360             && pos.is_chess960()
361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
362         {
363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
368         }
369     }
370
371     if (Trace)
372         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
373
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
416                      - mg_value(score) / 32;
417
418         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
419         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
420         // queen...
421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
422         if (b)
423         {
424             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
425             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
426                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
427
428             if (b)
429                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
430         }
431
432         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
433         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
434         // rooks...
435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
436
437         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
438         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
439
440         if (b)
441         {
442             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
443             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
444                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
445
446             if (b)
447                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
448         }
449
450         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
451         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
452
453         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
454         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
455
456         // Enemy queen safe checks
457         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
458         if (b)
459             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
460
461         // Enemy rooks safe checks
462         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
463         if (b)
464             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
465
466         // Enemy bishops safe checks
467         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
468         if (b)
469             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
470
471         // Enemy knights safe checks
472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
473         if (b)
474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
475
476         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
477         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
478
479         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
480         // array and subtract the score from evaluation.
481         score -= KingDanger[attackUnits];
482     }
483
484     if (Trace)
485         Tracing::terms[Us][KING] = score;
486
487     return score;
488   }
489
490
491   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
492   // and the type of attacked one.
493
494   template<Color Us, bool Trace>
495   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
496
497     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
498
499     Bitboard b, weakEnemies;
500     Score score = SCORE_ZERO;
501
502     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
503     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
504                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
505                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
506
507     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
508     if (weakEnemies)
509     {
510         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
511         if (b)
512             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
513
514         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
515         if (b)
516             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
517
518         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
519         if (b)
520             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
521     }
522
523     if (Trace)
524         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
525
526     return score;
527   }
528
529
530   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
531
532   template<Color Us, bool Trace>
533   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
534
535     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
536
537     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
538     Score score = SCORE_ZERO;
539
540     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
541
542     while (b)
543     {
544         Square s = pop_lsb(&b);
545
546         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
547
548         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
549         int rr = r * (r - 1);
550
551         // Base bonus based on rank
552         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
553
554         if (rr)
555         {
556             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
557
558             // Adjust bonus based on the king's proximity
559             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
560                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
561
562             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
563             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
564                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
565
566             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
567             if (pos.empty(blockSq))
568             {
569                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
570
571                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
572                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
573                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
574                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
575                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
576                     unsafeSquares = squaresToQueen;
577                 else
578                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
579
580                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
581                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
582                     defendedSquares = squaresToQueen;
583                 else
584                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
585
586                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
587                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
588                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
589
590                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
591                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
592                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
593                     k += 6;
594
595                 else if (defendedSquares & blockSq)
596                     k += 4;
597
598                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
599             }
600         } // rr != 0
601
602         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
603             ebonus += ebonus / 4;
604
605         score += make_score(mbonus, ebonus);
606     }
607
608     if (Trace)
609         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
610
611     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
612     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
613   }
614
615
616   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
617   // candidate pawns. In case both players have no pieces but pawns, this is
618   // somewhat related to the possibility that pawns are unstoppable.
619
620   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
621
622     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
623
624     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
625   }
626
627
628   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
629   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
630   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
631   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
632   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
633   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
634   template<Color Us>
635   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
636
637     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
638
639     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
640     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
641     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
642     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
643                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
644                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
645                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
646
647     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
648     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
649     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
650     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
651
652     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
653     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
654
655     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
656     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
657   }
658
659
660   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
661
662   template<bool Trace>
663   Value do_evaluate(const Position& pos) {
664
665     assert(!pos.checkers());
666
667     EvalInfo ei;
668     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
669     Thread* thisThread = pos.this_thread();
670
671     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
672     // in the position object (material + piece square tables).
673     // Score is computed from the point of view of white.
674     score = pos.psq_score();
675
676     // Probe the material hash table
677     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
678     score += ei.mi->material_value();
679
680     // If we have a specialized evaluation function for the current material
681     // configuration, call it and return.
682     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
683         return ei.mi->evaluate(pos);
684
685     // Probe the pawn hash table
686     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
687     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
688
689     // Initialize attack and king safety bitboards
690     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
691     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
692
693     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
694     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
695
696     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
697     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
698                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
699
700     // Evaluate pieces and mobility
701     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
702     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
703
704     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
705     // information when computing the king safety evaluation.
706     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
707             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
708
709     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
710     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
711             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
712
713     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
714     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
715             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
716
717     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
718     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
719         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
720                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
721
722     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
723     if (ei.mi->space_weight())
724     {
725         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
726         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
727     }
728
729     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
730     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
731     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
732
733     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
734     // types of endgames, and use a lower scale for those.
735     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
736         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
737     {
738         if (pos.opposite_bishops()) {
739             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
740             // other pieces?
741             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
742                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
743             {
744                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
745                 // certainly a draw or at least two pawns.
746                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
747                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
748             }
749             else
750                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
751                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
752                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
753         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
754                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
755                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
756             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
757             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
758         }
759     }
760
761     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
762     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
763              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
764
765     v /= int(PHASE_MIDGAME);
766
767     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
768     if (Trace)
769     {
770         Tracing::add_term(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
771         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
772         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
773         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
774                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
775         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
776         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
777         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
778         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
779         Tracing::ei = ei;
780         Tracing::sf = sf;
781     }
782
783     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
784   }
785
786
787   // Tracing function definitions
788
789   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
790
791   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
792
793     terms[WHITE][idx] = wScore;
794     terms[BLACK][idx] = bScore;
795   }
796
797   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
798
799     Score wScore = terms[WHITE][idx];
800     Score bScore = terms[BLACK][idx];
801
802     switch (idx) {
803     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
804         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
805            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
806            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
807         break;
808     default:
809         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
810            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
811            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
812            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
813            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
814            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
815            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
816     }
817   }
818
819   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
820
821     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
822
823     Value v = do_evaluate<true>(pos);
824     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
825
826     std::stringstream ss;
827     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
828        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
829        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
830        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
831
832     format_row(ss, "Material", MATERIAL);
833     format_row(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
834     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
835     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
836     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
837     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
838     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
839     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
840     format_row(ss, "King safety", KING);
841     format_row(ss, "Threats", THREAT);
842     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
843     format_row(ss, "Space", SPACE);
844
845     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
846     format_row(ss, "Total", TOTAL);
847
848     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
849
850     return ss.str();
851   }
852
853 } // namespace
854
855
856 namespace Eval {
857
858   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
859   /// of the position always from the point of view of the side to move.
860
861   Value evaluate(const Position& pos) {
862     return do_evaluate<false>(pos) + Tempo;
863   }
864
865
866   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
867   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
868   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
869   /// debugging.
870   std::string trace(const Position& pos) {
871     return Tracing::do_trace(pos);
872   }
873
874
875   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
876   /// and setup king tables.
877
878   void init() {
879
880     const double MaxSlope = 30;
881     const double Peak = 1280;
882
883     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
884     {
885         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
886         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
887     }
888   }
889
890 } // namespace Eval