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) 2015-2016 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 Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  79
  80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
  81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
  82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
  83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
  84
  85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  92
  93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 100     // KingAttackWeights array.
 101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 102
 103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 109
 110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 111     Material::Entry* me;
 112     Pawns::Entry* pi;
 113   };
 114
 115   #define V(v) Value(v)
 116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 117
 118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 120   const Score MobilityBonus[][32] = {
 121     {}, {},
 122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 135   };
 136
 137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 139   const Score Outpost[][2] = {
 140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 142   };
 143
 144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 146   // if outpost square is supported by a pawn.
 147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 150   };
 151
 152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 153   // friendly pawn on the rook file.
 154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 155
 156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
 160   };
 161
 162   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 163   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 164   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 165   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 166     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 167     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 168   };
 169
 170   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 171   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 172   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 173
 174   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 175   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 176   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 177     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 178     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 179   };
 180
 181   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 182   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 183     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 184     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 185   };
 186
 187   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 188   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 189   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 190   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 191   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 192   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
 193   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
 194   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 195   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 196   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 197   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
 198   const Score Hanging             = S(48, 27);
 199   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 200   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 201   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
 202   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
 203   const Score ThreatByRank        = S(16,  3);
 204
 205   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 206   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 207   // happen in Chess960 games.
 208   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 209
 210   #undef S
 211   #undef V
 212
 213   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 214   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 215
 216   // Penalties for enemy's safe checks
 217   const int QueenContactCheck = 997;
 218   const int QueenCheck        = 695;
 219   const int RookCheck         = 638;
 220   const int BishopCheck       = 538;
 221   const int KnightCheck       = 874;
 222
 223
 224   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 225   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 226
 227   template<Color Us>
 228   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 229
 230     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 231     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 232
 233     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 234     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
 235     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 236     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 237     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
 238
 239     // Init king safety tables only if we are going to use them
 240     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 241     {
 242         ei.kingRing[Them] = b | shift<Down>(b);
 243         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 244         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
 245         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 246     }
 247     else
 248         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 249   }
 250
 251
 252   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 253   // color and type.
 254
 255   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 256   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 257                         const Bitboard* mobilityArea) {
 258     Bitboard b, bb;
 259     Square s;
 260     Score score = SCORE_ZERO;
 261
 262     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 263     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 264     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 265                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 266     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 267
 268     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 269
 270     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 271     {
 272         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 273         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 274           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 275                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 276
 277         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 278             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 279
 280         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 281         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 282
 283         if (b & ei.kingRing[Them])
 284         {
 285             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 286             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 287             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 288         }
 289
 290         if (Pt == QUEEN)
 291             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 292                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 293                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 294
 295         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 296
 297         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 298
 299         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 300         {
 301             // Bonus for outpost squares
 302             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 303             if (bb & s)
 304                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 305             else
 306             {
 307                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 308                 if (bb)
 309                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 310             }
 311
 312             // Bonus when behind a pawn
 313             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 314                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 315                 score += MinorBehindPawn;
 316
 317             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 318             if (Pt == BISHOP)
 319                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 320
 321             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 322             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 323             // when that pawn is also blocked.
 324             if (   Pt == BISHOP
 325                 && pos.is_chess960()
 326                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 327             {
 328                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 329                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 330                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 331                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 332                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 333             }
 334         }
 335
 336         if (Pt == ROOK)
 337         {
 338             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 339             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 340                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 341
 342             // Bonus when on an open or semi-open file
 343             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 344                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 345
 346             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 347             else if (mob <= 3)
 348             {
 349                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 350
 351                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 352                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 353                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 354                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 355             }
 356         }
 357
 358         if (Pt == QUEEN)
 359         {
 360             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 361             Bitboard pinners;
 362             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 363                 score -= WeakQueen;
 364         }
 365     }
 366
 367     if (DoTrace)
 368         Trace::add(Pt, Us, score);
 369
 370     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 371     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 372   }
 373
 374   template<>
 375   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 376   template<>
 377   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 378
 379
 380   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 381
 382   const Bitboard WhiteCamp = Rank1BB | Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB;
 383   const Bitboard BlackCamp = Rank8BB | Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB;
 384   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
 385   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 386   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
 387
 388   const Bitboard KingFlank[COLOR_NB][FILE_NB] = {
 389     { QueenSide   & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, CenterFiles & WhiteCamp,
 390       CenterFiles & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide    & WhiteCamp },
 391     { QueenSide   & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, CenterFiles & BlackCamp,
 392       CenterFiles & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide    & BlackCamp },
 393   };
 394
 395   template<Color Us, bool DoTrace>
 396   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 397
 398     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 399     const Square  Up = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 400
 401     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 402     int kingDanger;
 403     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 404
 405     // King shelter and enemy pawns storm
 406     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 407
 408     // Main king safety evaluation
 409     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 410     {
 411         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 412         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 413                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 414                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 415
 416         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 417         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 418            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 419
 420         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 421         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 422         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 423         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 424         // the pawn shelter (current 'score' value).
 425         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 426                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 427                     + 235 * popcount(undefended)
 428                     + 134 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 429                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 430                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
 431
 432         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 433         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 434         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 435
 436         // ...and keep squares supported by another enemy piece
 437         kingDanger += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
 438
 439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 440         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 441
 442         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 443         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 444         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 445                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 446
 447         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 448         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 449
 450         // Enemy queen safe checks
 451         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 452             kingDanger += QueenCheck, score -= SafeCheck;
 453
 454         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
 455         // and only defended by a queen.
 456         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 457                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 458                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 459
 460         // Enemy rooks safe and other checks
 461         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 462             kingDanger += RookCheck, score -= SafeCheck;
 463
 464         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 465             score -= OtherCheck;
 466
 467         // Enemy bishops safe and other checks
 468         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 469             kingDanger += BishopCheck, score -= SafeCheck;
 470
 471         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 472             score -= OtherCheck;
 473
 474         // Enemy knights safe and other checks
 475         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 476         if (b & safe)
 477             kingDanger += KnightCheck, score -= SafeCheck;
 478
 479         else if (b & other)
 480             score -= OtherCheck;
 481
 482         // Compute the king danger score and subtract it from the evaluation
 483         if (kingDanger > 0)
 484             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
 485     }
 486
 487     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 488     File kf = file_of(ksq);
 489     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[Us][kf];
 490
 491     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 492     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 493
 494     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 495     // which are not defended by our pawns.
 496     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 497        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 498
 499     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 500
 501     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 502     if (!(pos.pieces(PAWN) & (KingFlank[WHITE][kf] | KingFlank[BLACK][kf])))
 503         score -= PawnlessFlank;
 504
 505     if (DoTrace)
 506         Trace::add(KING, Us, score);
 507
 508     return score;
 509   }
 510
 511
 512   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 513   // and the attacked pieces.
 514
 515   template<Color Us, bool DoTrace>
 516   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 517
 518     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 519     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 520     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 521     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 522     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
 523     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
 524
 525     enum { Minor, Rook };
 526
 527     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 528     Score score = SCORE_ZERO;
 529
 530     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 531     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 532         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 533         score += LooseEnemies;
 534
 535     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 536     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 537
 538     if (weak)
 539     {
 540         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 541                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 542
 543         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 544
 545         if (weak ^ safeThreats)
 546             score += ThreatByHangingPawn;
 547
 548         while (safeThreats)
 549             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 550     }
 551
 552     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 553     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 554
 555     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 556     weak =   pos.pieces(Them)
 557           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 558           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 559
 560     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 561     if (defended | weak)
 562     {
 563         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 564         while (b)
 565         {
 566             Square s = pop_lsb(&b);
 567             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(s))];
 568             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 569                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 570         }
 571
 572         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 573         while (b)
 574         {
 575             Square s = pop_lsb(&b);
 576             score += Threat[Rook][type_of(pos.piece_on(s))];
 577             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 578                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 579         }
 580
 581         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 582
 583         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 584         if (b)
 585             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 586     }
 587
 588     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 589     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 590     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 591
 592     b &=  ~pos.pieces()
 593         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 594         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 595
 596     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 597        &  pos.pieces(Them)
 598        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 599
 600     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 601
 602     if (DoTrace)
 603         Trace::add(THREAT, Us, score);
 604
 605     return score;
 606   }
 607
 608
 609   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 610
 611   template<Color Us, bool DoTrace>
 612   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 613
 614     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 615
 616     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 617     Score score = SCORE_ZERO;
 618
 619     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 620
 621     while (b)
 622     {
 623         Square s = pop_lsb(&b);
 624
 625         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 626         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
 627
 628         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 629         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 630
 631         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 632         int rr = r * (r - 1);
 633
 634         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 635
 636         if (rr)
 637         {
 638             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 639
 640             // Adjust bonus based on the king's proximity
 641             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 642                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 643
 644             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 645             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 646                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 647
 648             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 649             if (pos.empty(blockSq))
 650             {
 651                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 652                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 653                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 654                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 655
 656                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 657
 658                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 659                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 660
 661                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 662                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 663
 664                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 665                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 666                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 667
 668                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 669                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 670                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 671                     k += 6;
 672
 673                 else if (defendedSquares & blockSq)
 674                     k += 4;
 675
 676                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 677             }
 678             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 679                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 680         } // rr != 0
 681
 682         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 683     }
 684
 685     if (DoTrace)
 686         Trace::add(PASSED, Us, score);
 687
 688     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 689     return score;
 690   }
 691
 692
 693   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 694   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 695   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 696   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 697   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 698   // improve play on game opening.
 699   template<Color Us>
 700   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 701
 702     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 703     const Bitboard SpaceMask =
 704       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 705                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 706
 707     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 708     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 709     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 710     Bitboard safe =   SpaceMask
 711                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 712                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 713                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 714
 715     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 716     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 717     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 718     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 719
 720     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 721     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 722
 723     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 724     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 725     bonus = std::min(16, bonus);
 726     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pi->open_files();
 727
 728     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
 729   }
 730
 731
 732   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 733   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 734   // status of the players.
 735   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 736
 737     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 738                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 739     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 740
 741     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 742     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 743
 744     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 745     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 746     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 747     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 748
 749     return make_score(0, value);
 750   }
 751
 752
 753   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 754   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 755
 756     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 757     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 758
 759     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 760     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 761     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 762         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 763     {
 764         if (pos.opposite_bishops())
 765         {
 766             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 767             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 768             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 769                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 770                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 771
 772             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 773             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 774             else
 775                 sf = ScaleFactor(46);
 776         }
 777         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 778         // pawns are drawish.
 779         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 780                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 781                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 782             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 783     }
 784
 785     return sf;
 786   }
 787
 788 } // namespace
 789
 790
 791 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 792 /// of the position from the point of view of the side to move.
 793
 794 template<bool DoTrace>
 795 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 796
 797   assert(!pos.checkers());
 798
 799   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 800   EvalInfo ei;
 801
 802   // Probe the material hash table
 803   ei.me = Material::probe(pos);
 804
 805   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 806   // configuration, call it and return.
 807   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 808       return ei.me->evaluate(pos);
 809
 810   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 811   // the position object (material + piece square tables) and the material
 812   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 813   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
 814
 815   // Probe the pawn hash table
 816   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 817   score += ei.pi->pawns_score();
 818
 819   // Initialize attack and king safety bitboards
 820   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 821   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
 822   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
 823   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 824   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 825
 826   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 827   Bitboard blockedPawns[] = {
 828     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift<SOUTH>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 829     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift<NORTH>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 830   };
 831
 832   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 833   // by our blocked pawns or king.
 834   Bitboard mobilityArea[] = {
 835     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 836     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 837   };
 838
 839   // Evaluate all pieces but king and pawns
 840   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 841   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 842
 843   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 844   // information when computing the king safety evaluation.
 845   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 846           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 847
 848   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 849   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 850           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 851
 852   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 853   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 854           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 855
 856   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 857   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 858   {
 859       Bitboard b;
 860       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 861           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 862
 863       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 864           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 865   }
 866
 867   // Evaluate space for both sides, only during opening
 868   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 869       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 870               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 871
 872   // Evaluate position potential for the winning side
 873   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 874
 875   // Evaluate scale factor for the winning side
 876   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 877
 878   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 879   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 880            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 881
 882   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 883
 884   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 885   if (DoTrace)
 886   {
 887       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 888       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 889       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 890       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 891       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 892                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 893       Trace::add(TOTAL, score);
 894   }
 895
 896   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 897 }
 898
 899 // Explicit template instantiations
 900 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 901 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 902
 903
 904 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 905 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 906 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 907
 908 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 909
 910   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 911
 912   Value v = evaluate<true>(pos);
 913   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 914
 915   std::stringstream ss;
 916   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 917      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 918      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 919      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 920      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 921      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 922      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 923      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 924      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 925      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 926      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 927      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 928      << "    King safety | " << Term(KING)
 929      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 930      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 931      << "          Space | " << Term(SPACE)
 932      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 933      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 934
 935   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 936
 937   return ss.str();
 938 }