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

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(21, 4), S(47, 25) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(6, 28), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 44), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
 127   };
 128
 129   // Assorted bonuses and penalties
 130   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 131   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 132   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 133   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 134   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 135   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 136   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 137   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 138   constexpr Score Outpost            = S( 18,  6);
 139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
 140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 142   constexpr Score RookOnQueenFile    = S(  7,  6);
 143   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 144   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 145   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 146   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 148   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 149   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 150
 151 #undef S
 152
 153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 154   template<Tracing T>
 155   class Evaluation {
 156
 157   public:
 158     Evaluation() = delete;
 159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 161     Value value();
 162
 163   private:
 164     template<Color Us> void initialize();
 165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 166     template<Color Us> Score king() const;
 167     template<Color Us> Score threats() const;
 168     template<Color Us> Score passed() const;
 169     template<Color Us> Score space() const;
 170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 171     Score initiative(Score score) const;
 172
 173     const Position& pos;
 174     Material::Entry* me;
 175     Pawns::Entry* pe;
 176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 178
 179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 181     // is also calculated is ALL_PIECES.
 182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 183
 184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 187
 188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 189     // very near squares, depending on king position.
 190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 191
 192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 195
 196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 199     // the KingAttackWeights array.
 200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 201
 202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 206     // to kingAttacksCount[WHITE].
 207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 208   };
 209
 210
 211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 213   template<Tracing T> template<Color Us>
 214   void Evaluation<T>::initialize() {
 215
 216     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 217     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 218     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 220
 221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 222
 223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 224
 225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 227
 228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 229     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 231
 232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 237
 238     // Init our king safety tables
 239     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 240     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 241         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 242
 243     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 244         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 245
 246     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 247         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 248
 249     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 250     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 251
 252     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 253     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 254   }
 255
 256
 257   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 258   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 259   Score Evaluation<T>::pieces() {
 260
 261     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 262     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 263     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 264                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 265     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 266
 267     Bitboard b, bb;
 268     Score score = SCORE_ZERO;
 269
 270     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 271
 272     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 273     {
 274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 278
 279         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 281
 282         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 283         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 284         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 285
 286         if (b & kingRing[Them])
 287         {
 288             kingAttackersCount[Us]++;
 289             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 290             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 291         }
 292
 293         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 294
 295         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 296
 297         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 298         {
 299             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 300             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 301             if (bb & s)
 302                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2);
 303
 304             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 305                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 306
 307             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 308             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 309                 score += MinorBehindPawn;
 310
 311             // Penalty if the piece is far from the king
 312             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 313
 314             if (Pt == BISHOP)
 315             {
 316                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 317                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 318                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 319
 320                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 321                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 322
 323                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 324                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 325                     score += LongDiagonalBishop;
 326             }
 327
 328             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 329             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 330             // when that pawn is also blocked.
 331             if (   Pt == BISHOP
 332                 && pos.is_chess960()
 333                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 334             {
 335                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 336                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 337                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 338                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 339                                                                               : CorneredBishop;
 340             }
 341         }
 342
 343         if (Pt == ROOK)
 344         {
 345             // Bonus for rook on the same file as a queen
 346             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 347                 score += RookOnQueenFile;
 348
 349             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 350             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 351                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 352
 353             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 354             else if (mob <= 3)
 355             {
 356                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 357                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 358                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 359             }
 360         }
 361
 362         if (Pt == QUEEN)
 363         {
 364             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 365             Bitboard queenPinners;
 366             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 367                 score -= WeakQueen;
 368         }
 369     }
 370     if (T)
 371         Trace::add(Pt, Us, score);
 372
 373     return score;
 374   }
 375
 376
 377   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 378   template<Tracing T> template<Color Us>
 379   Score Evaluation<T>::king() const {
 380
 381     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 382     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 383                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 384
 385     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 386     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 387     int kingDanger = 0;
 388     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 389
 390     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 391     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 392
 393     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 394     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 395           & ~attackedBy2[Us]
 396           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 397
 398     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 399     safe  = ~pos.pieces(Them);
 400     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 401
 402     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 403     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 404
 405     // Enemy rooks checks
 406     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 407
 408     if (rookChecks)
 409         kingDanger += RookSafeCheck;
 410     else
 411         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 412
 413     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 414     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 415     queenChecks =  (b1 | b2)
 416                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 417                  & safe
 418                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 419                  & ~rookChecks;
 420
 421     if (queenChecks)
 422         kingDanger += QueenSafeCheck;
 423
 424     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 425     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 426     bishopChecks =  b2
 427                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 428                   & safe
 429                   & ~queenChecks;
 430
 431     if (bishopChecks)
 432         kingDanger += BishopSafeCheck;
 433     else
 434         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 435
 436     // Enemy knights checks
 437     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 438
 439     if (knightChecks & safe)
 440         kingDanger += KnightSafeCheck;
 441     else
 442         unsafeChecks |= knightChecks;
 443
 444     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 445     // which are attacked twice in that flank.
 446     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 447     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 448
 449     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 450
 451     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 452                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 453                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 454                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 455                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 456                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 457                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 458                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 459                  -   6 * mg_value(score) / 8
 460                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 461                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 462                  -   7;
 463
 464     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 465     if (kingDanger > 100)
 466         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 467
 468     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 469     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 470         score -= PawnlessFlank;
 471
 472     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 473     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 474
 475     if (T)
 476         Trace::add(KING, Us, score);
 477
 478     return score;
 479   }
 480
 481
 482   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 483   // attacking and the attacked pieces.
 484   template<Tracing T> template<Color Us>
 485   Score Evaluation<T>::threats() const {
 486
 487     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 488     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 489     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 490
 491     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 492     Score score = SCORE_ZERO;
 493
 494     // Non-pawn enemies
 495     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 496
 497     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 498     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 499     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 500                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 501
 502     // Non-pawn enemies, strongly protected
 503     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 504
 505     // Enemies not strongly protected and under our attack
 506     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 507
 508     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 509     if (defended | weak)
 510     {
 511         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 512         while (b)
 513         {
 514             Square s = pop_lsb(&b);
 515             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 516             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 517                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 518         }
 519
 520         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 521         while (b)
 522         {
 523             Square s = pop_lsb(&b);
 524             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 525             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 526                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 527         }
 528
 529         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 530             score += ThreatByKing;
 531
 532         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 533            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 534         score += Hanging * popcount(weak & b);
 535     }
 536
 537     // Bonus for restricting their piece moves
 538     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 539        & ~stronglyProtected
 540        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 541
 542     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 543
 544     // Protected or unattacked squares
 545     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 546
 547     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 548     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 549     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 550     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 551
 552     // Find squares where our pawns can push on the next move
 553     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 554     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 555
 556     // Keep only the squares which are relatively safe
 557     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 558
 559     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 560     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 561     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 562
 563     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 564     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 565     {
 566         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 567         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 568
 569         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 570
 571         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 572
 573         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 574            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 575
 576         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 577     }
 578
 579     if (T)
 580         Trace::add(THREAT, Us, score);
 581
 582     return score;
 583   }
 584
 585   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 586   // pawns of the given color.
 587
 588   template<Tracing T> template<Color Us>
 589   Score Evaluation<T>::passed() const {
 590
 591     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 592     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 593
 594     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 595       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 596     };
 597
 598     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
 599     Score score = SCORE_ZERO;
 600
 601     b = pe->passed_pawns(Us);
 602
 603     while (b)
 604     {
 605         Square s = pop_lsb(&b);
 606
 607         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 608
 609         int r = relative_rank(Us, s);
 610         File f = file_of(s);
 611
 612         Score bonus = PassedRank[r];
 613
 614         if (r > RANK_3)
 615         {
 616             int w = 5 * r - 13;
 617             Square blockSq = s + Up;
 618
 619             // Adjust bonus based on the king's proximity
 620             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 621                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 622
 623             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 624             if (r != RANK_7)
 625                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 626
 627             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 628             if (pos.empty(blockSq))
 629             {
 630                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 631                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 632
 633                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 634
 635                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 636                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 637
 638                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 639                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 640                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 641                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 642                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 643                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 644                                                              0 ;
 645
 646                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 647                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 648                     k += 5;
 649
 650                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 651             }
 652         } // r > RANK_3
 653
 654         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 655         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 656         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 657             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
 658             bonus = bonus / 2;
 659
 660         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(f);
 661     }
 662
 663     if (T)
 664         Trace::add(PASSED, Us, score);
 665
 666     return score;
 667   }
 668
 669
 670   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 671   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 672   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 673   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 674   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 675   // improve play on game opening.
 676
 677   template<Tracing T> template<Color Us>
 678   Score Evaluation<T>::space() const {
 679
 680     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 681         return SCORE_ZERO;
 682
 683     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 684     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 685     constexpr Bitboard SpaceMask =
 686       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 687                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 688
 689     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 690     Bitboard safe =   SpaceMask
 691                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 692                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 693
 694     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 695     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 696     behind |= shift<Down>(behind);
 697     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 698
 699     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 700     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 701     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 702
 703     if (T)
 704         Trace::add(SPACE, Us, score);
 705
 706     return score;
 707   }
 708
 709
 710   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 711   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 712   // known attacking/defending status of the players.
 713
 714   template<Tracing T>
 715   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
 716
 717     Value mg = mg_value(score);
 718     Value eg = eg_value(score);
 719
 720     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 721                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 722
 723     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 724                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 725
 726     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
 727                            &&  outflanking < 0
 728                            && !pawnsOnBothFlanks;
 729
 730     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 731     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 732                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 733                     +  9 * outflanking
 734                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 735                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 736                     - 36 * almostUnwinnable
 737                     -103 ;
 738
 739     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 740     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 741     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 742     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
 743     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 744
 745     if (T)
 746         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
 747
 748     return make_score(u, v);
 749   }
 750
 751
 752   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 753
 754   template<Tracing T>
 755   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 756
 757     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 758     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 759
 760     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 761     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 762     {
 763         if (   pos.opposite_bishops()
 764             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 765             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 766         else
 767             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
 768
 769         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4  );
 770     }
 771
 772     return ScaleFactor(sf);
 773   }
 774
 775
 776   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 777   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 778   // of view of the side to move.
 779
 780   template<Tracing T>
 781   Value Evaluation<T>::value() {
 782
 783     assert(!pos.checkers());
 784
 785     // Probe the material hash table
 786     me = Material::probe(pos);
 787
 788     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 789     // configuration, call it and return.
 790     if (me->specialized_eval_exists())
 791         return me->evaluate(pos);
 792
 793     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 794     // the position object (material + piece square tables) and the material
 795     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 796     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 797
 798     // Probe the pawn hash table
 799     pe = Pawns::probe(pos);
 800     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 801
 802     // Early exit if score is high
 803     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 804     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 805        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 806
 807     // Main evaluation begins here
 808
 809     initialize<WHITE>();
 810     initialize<BLACK>();
 811
 812     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 813     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 814             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 815             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 816             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 817
 818     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 819
 820     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 821             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 822             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 823             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 824
 825     score += initiative(score);
 826
 827     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 828     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 829     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 830        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 831
 832     v /= PHASE_MIDGAME;
 833
 834     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 835     if (T)
 836     {
 837         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 838         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 839         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 840         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 841         Trace::add(TOTAL, score);
 842     }
 843
 844     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 845            + Eval::Tempo;
 846   }
 847
 848 } // namespace
 849
 850
 851 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 852 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 853
 854 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 855   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 856 }
 857
 858
 859 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 860 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 861 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 862
 863 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 864
 865   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 866
 867   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 868
 869   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 870
 871   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 872
 873   std::stringstream ss;
 874   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 875      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 876      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 877      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 878      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 879      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 880      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 881      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 882      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 883      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 884      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 885      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 886      << " King safety | " << Term(KING)
 887      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 888      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 889      << "       Space | " << Term(SPACE)
 890      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 891      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 892      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 893
 894   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 895
 896   return ss.str();
 897 }