]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
8df586094baa8789b9888d1c6e4ec9e0776ccc3d
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31
32 namespace {
33
34   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
35   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
36   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
37   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
38
39   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
40     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
41   };
42
43   namespace Trace {
44
45     enum Tracing {NO_TRACE, TRACE};
46
47     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
48       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
49     };
50
51     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
52
53     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
54
55     void add(int idx, Color c, Score s) {
56       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
57       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
58     }
59
60     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
61       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
62     }
63
64     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
65
66       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
67           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
68       else
69           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
70              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
71              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
72              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
73
74       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
75          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
76
77       return os;
78     }
79   }
80
81   using namespace Trace;
82
83   // Evaluation class contains various information computed and collected
84   // by the evaluation functions.
85   template<Tracing T = NO_TRACE>
86   class Evaluation {
87
88   public:
89     Evaluation() = delete;
90     Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
91     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
92
93     Value value();
94
95   private:
96     // Evaluation helpers (used when calling value())
97     template<Color Us> void initialize();
98     template<Color Us> Score evaluate_king();
99     template<Color Us> Score evaluate_threats();
100     template<Color Us> Score evaluate_passed_pawns();
101     template<Color Us> Score evaluate_space();
102     template<Color Us, PieceType Pt> Score evaluate_pieces();
103     ScaleFactor evaluate_scale_factor(Value eg);
104     Score evaluate_initiative(Value eg);
105
106     // Data members
107     const Position& pos;
108     Material::Entry* me;
109     Pawns::Entry* pe;
110     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
111     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
112
113     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
114     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
115     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
116
117     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
118     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
119     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
120     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
121
122     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
123     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
124     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
125     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
126     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
127     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
128     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
129
130     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
131     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
132     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
133
134     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
135     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
136     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
137     // KingAttackWeights array.
138     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
139
140     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
141     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
142     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
143     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
144     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
145     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
146   };
147
148   #define V(v) Value(v)
149   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
150
151   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
152   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
153   const Score MobilityBonus[][32] = {
154     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
155       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
156     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
157       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
158       S( 91, 88), S( 98, 97) },
159     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
160       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
161       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
162     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
163       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
164       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
165       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
166       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
167   };
168
169   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
170   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
171   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
172   // then score is doubled.
173   const Score Outpost[][2] = {
174     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
175     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
176   };
177
178   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
179   // friendly pawn on the rook file.
180   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
181
182   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
183   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
184   // pawn-defended are not considered.
185   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
186     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
187   };
188
189   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
190     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S(0, 34), S(35, 48)
191   };
192
193   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
194   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
195   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
196
197   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
198   // We don't use a Score because we process the two components independently.
199   const Value Passed[][RANK_NB] = {
200     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
201     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
202   };
203
204   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
205   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
206     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
207     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
208   };
209
210   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
211   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
212
213   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
214   const Score MinorBehindPawn       = S( 16,  0);
215   const Score BishopPawns           = S(  8, 12);
216   const Score LongRangedBishop      = S( 22,  0);
217   const Score RookOnPawn            = S(  8, 24);
218   const Score TrappedRook           = S( 92,  0);
219   const Score WeakQueen             = S( 50, 10);
220   const Score OtherCheck            = S( 10, 10);
221   const Score CloseEnemies          = S(  7,  0);
222   const Score PawnlessFlank         = S( 20, 80);
223   const Score ThreatByHangingPawn   = S( 71, 61);
224   const Score ThreatBySafePawn      = S(192,175);
225   const Score ThreatByRank          = S( 16,  3);
226   const Score Hanging               = S( 48, 27);
227   const Score WeakUnopposedPawn     = S(  5, 25);
228   const Score ThreatByPawnPush      = S( 38, 22);
229   const Score ThreatByAttackOnQueen = S( 38, 22);
230   const Score HinderPassedPawn      = S(  7,  0);
231   const Score TrappedBishopA1H1     = S( 50, 50);
232
233   #undef S
234   #undef V
235
236   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
237   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
238
239   // Penalties for enemy's safe checks
240   const int QueenCheck  = 780;
241   const int RookCheck   = 880;
242   const int BishopCheck = 435;
243   const int KnightCheck = 790;
244
245   // Threshold for lazy and space evaluation
246   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
247   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
248
249
250   // initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring bitboard
251   // for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
252
253   template<Tracing T> template<Color Us>
254   void Evaluation<T>::initialize() {
255
256     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
257     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
258     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
259     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
260
261     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
262     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
263
264     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
265     // are excluded from the mobility area.
266     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
267
268     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
269     b = attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
270     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
271
272     attackedBy2[Us]            = b & attackedBy[Us][PAWN];
273     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | attackedBy[Us][PAWN];
274
275     // Init our king safety tables only if we are going to use them
276     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
277     {
278         kingRing[Us] = b;
279         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
280             kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
281
282         kingAttackersCount[Them] = popcount(b & pe->pawn_attacks(Them));
283         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
284     }
285     else
286         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
287   }
288
289
290   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
291   // color and type.
292
293   template<Tracing T>  template<Color Us, PieceType Pt>
294   Score Evaluation<T>::evaluate_pieces() {
295
296     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
297     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
298                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
299     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
300
301     Bitboard b, bb;
302     Square s;
303     Score score = SCORE_ZERO;
304
305     attackedBy[Us][Pt] = 0;
306
307     if (Pt == QUEEN)
308         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
309
310     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
311     {
312         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
313         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
314           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
315                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
316
317         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
318             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
319
320         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
321         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= attackedBy[Us][Pt] |= b;
322
323         if (Pt == QUEEN)
324             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
325
326         if (b & kingRing[Them])
327         {
328             kingAttackersCount[Us]++;
329             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
330             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
331         }
332
333         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
334
335         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
336
337         // Bonus for this piece as a king protector
338         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
339
340         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
341         {
342             // Bonus for outpost squares
343             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
344             if (bb & s)
345                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
346             else
347             {
348                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
349                 if (bb)
350                    score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
351             }
352
353             // Bonus when behind a pawn
354             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
355                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
356                 score += MinorBehindPawn;
357
358             if (Pt == BISHOP)
359             {
360                 // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
361                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
362
363                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
364                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
365                     score += LongRangedBishop;
366             }
367
368             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
369             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
370             // when that pawn is also blocked.
371             if (   Pt == BISHOP
372                 && pos.is_chess960()
373                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
374             {
375                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
376                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
377                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
378                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
379                                                                               : TrappedBishopA1H1;
380             }
381         }
382
383         if (Pt == ROOK)
384         {
385             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
386             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
387                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
388
389             // Bonus when on an open or semi-open file
390             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
391                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
392
393             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
394             else if (mob <= 3)
395             {
396                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
397
398                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
399                     && !pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
400                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
401             }
402         }
403
404         if (Pt == QUEEN)
405         {
406             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
407             Bitboard pinners;
408             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
409                 score -= WeakQueen;
410         }
411     }
412
413     if (T)
414         Trace::add(Pt, Us, score);
415
416     return score;
417   }
418
419
420   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
421
422   template<Tracing T>  template<Color Us>
423   Score Evaluation<T>::evaluate_king() {
424
425     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
426     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
427     const Bitboard  Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
428                                         : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
429
430     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
431     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, other;
432     int kingDanger;
433
434     // King shelter and enemy pawns storm
435     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
436
437     // Main king safety evaluation
438     if (kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
439     {
440         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
441         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
442               & ~attackedBy2[Us]
443               & (attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN] | ~attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
444
445         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
446         // later into a king danger score. The initial value is based on the
447         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
448         // attacked and weak squares around our king, the absence of queen and
449         // the quality of the pawn shelter (current 'score' value).
450         kingDanger =        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
451                     + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
452                     + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
453                     + 143 * bool(pos.pinned_pieces(Us))
454                     - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
455                     -   9 * mg_value(score) / 8
456                     +  40;
457
458         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
459         safe  = ~pos.pieces(Them);
460         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
461
462         b1 = pos.attacks_from<  ROOK>(ksq);
463         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
464
465         // Enemy queen safe checks
466         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
467             kingDanger += QueenCheck;
468
469         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
470         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
471         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
472         other = ~(   attackedBy[Us][PAWN]
473                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
474
475         // Enemy rooks safe and other checks
476         if (b1 & attackedBy[Them][ROOK] & safe)
477             kingDanger += RookCheck;
478
479         else if (b1 & attackedBy[Them][ROOK] & other)
480             score -= OtherCheck;
481
482         // Enemy bishops safe and other checks
483         if (b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
484             kingDanger += BishopCheck;
485
486         else if (b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & other)
487             score -= OtherCheck;
488
489         // Enemy knights safe and other checks
490         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
491         if (b & safe)
492             kingDanger += KnightCheck;
493
494         else if (b & other)
495             score -= OtherCheck;
496
497         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
498         if (kingDanger > 0)
499             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
500     }
501
502     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
503     File kf = file_of(ksq);
504     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
505
506     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
507     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
508
509     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
510     // which are not defended by our pawns.
511     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
512        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
513
514     score -= CloseEnemies * popcount(b);
515
516     // Penalty when our king is on a pawnless flank
517     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
518         score -= PawnlessFlank;
519
520     if (T)
521         Trace::add(KING, Us, score);
522
523     return score;
524   }
525
526
527   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
528   // and the attacked pieces.
529
530   template<Tracing T>  template<Color Us>
531   Score Evaluation<T>::evaluate_threats() {
532
533     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
534     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
535     const Direction Left     = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
536     const Direction Right    = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
537     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
538
539     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
540     Score score = SCORE_ZERO;
541
542     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
543     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & attackedBy[Us][PAWN];
544
545     if (weak)
546     {
547         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
548                                     | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
549
550         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
551
552         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
553
554         if (weak ^ safeThreats)
555             score += ThreatByHangingPawn;
556     }
557
558     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
559     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
560     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
561                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
562
563     // Non-pawn enemies, strongly protected
564     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
565               & stronglyProtected;
566
567     // Enemies not strongly protected and under our attack
568     weak =   pos.pieces(Them)
569           & ~stronglyProtected
570           &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
571
572     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
573     if (defended | weak)
574     {
575         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
576         while (b)
577         {
578             Square s = pop_lsb(&b);
579             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
580             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
581                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
582         }
583
584         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
585         while (b)
586         {
587             Square s = pop_lsb(&b);
588             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
589             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
590                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
591         }
592
593         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
594
595         b = weak & attackedBy[Us][KING];
596         if (b)
597             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
598     }
599
600     // Bonus for opponent unopposed weak pawns
601     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
602         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
603
604     // Find squares where our pawns can push on the next move
605     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
606     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
607
608     // Keep only the squares which are not completely unsafe
609     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
610         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
611
612     // Add a bonus for each new pawn threats from those squares
613     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
614        &  pos.pieces(Them)
615        & ~attackedBy[Us][PAWN];
616
617     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
618
619     // Add a bonus for safe slider attack threats on opponent queen
620     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
621     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
622        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
623
624     score += ThreatByAttackOnQueen * popcount(b & safeThreats);
625
626     if (T)
627         Trace::add(THREAT, Us, score);
628
629     return score;
630   }
631
632
633   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
634   // pawns of the given color.
635
636   template<Tracing T>  template<Color Us>
637   Score Evaluation<T>::evaluate_passed_pawns() {
638
639     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
640     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
641
642     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
643     Score score = SCORE_ZERO;
644
645     b = pe->passed_pawns(Us);
646
647     while (b)
648     {
649         Square s = pop_lsb(&b);
650
651         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
652
653         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
654         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
655
656         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
657         int rr = r * (r - 1);
658
659         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
660
661         if (rr)
662         {
663             Square blockSq = s + Up;
664
665             // Adjust bonus based on the king's proximity
666             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
667                      - distance(pos.square<KING>(  Us), blockSq) * 2 * rr;
668
669             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
670             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
671                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + Up) * rr;
672
673             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
674             if (pos.empty(blockSq))
675             {
676                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
677                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
678                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
679                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
680
681                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
682
683                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
684                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
685
686                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
687                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
688
689                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
690                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
691                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
692
693                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
694                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
695                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
696                     k += 6;
697
698                 else if (defendedSquares & blockSq)
699                     k += 4;
700
701                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
702             }
703             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
704                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
705         } // rr != 0
706
707         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
708         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
709         if (!pos.pawn_passed(Us, s + Up) || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
710             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
711
712         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
713     }
714
715     if (T)
716         Trace::add(PASSED, Us, score);
717
718     return score;
719   }
720
721
722   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
723   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
724   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
725   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
726   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
727   // improve play on game opening.
728
729   template<Tracing T>  template<Color Us>
730   Score Evaluation<T>::evaluate_space() {
731
732     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
733     const Bitboard SpaceMask =
734       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
735                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
736
737     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
738     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
739     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
740     Bitboard safe =   SpaceMask
741                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
742                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
743                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
744
745     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
746     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
747     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
748     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
749
750     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
751     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
752
753     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
754     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
755     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
756
757     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
758   }
759
760
761   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
762   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
763   // status of the players.
764
765   template<Tracing T>
766   Score Evaluation<T>::evaluate_initiative(Value eg) {
767
768     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
769                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
770     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
771
772     // Compute the initiative bonus for the attacking side
773     int initiative = 8 * (pe->pawn_asymmetry() + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
774
775     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
776     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
777     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
778     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
779
780     if (T)
781         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
782
783     return make_score(0, v);
784   }
785
786
787   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
788
789   template<Tracing T>
790   ScaleFactor Evaluation<T>::evaluate_scale_factor(Value eg) {
791
792     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
793     ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
794
795     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
796     // types of endgames, and use a lower scale for those.
797     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
798     {
799         if (pos.opposite_bishops())
800         {
801             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
802             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
803             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
804                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
805                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
806
807             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
808             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
809             return ScaleFactor(46);
810         }
811         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
812         // pawns are drawish.
813         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
814                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
815                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
816             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
817     }
818
819     return sf;
820   }
821
822
823   // value() is the main function of the class. It computes the various parts of
824   // the evaluation and returns the value of the position from the point of view
825   // of the side to move.
826
827   template<Tracing T>
828   Value Evaluation<T>::value() {
829
830     assert(!pos.checkers());
831
832     // Probe the material hash table
833     me = Material::probe(pos);
834
835     // If we have a specialized evaluation function for the current material
836     // configuration, call it and return.
837     if (me->specialized_eval_exists())
838         return me->evaluate(pos);
839
840     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
841     // the position object (material + piece square tables) and the material
842     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
843     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance();
844
845     // Probe the pawn hash table
846     pe = Pawns::probe(pos);
847     score += pe->pawns_score();
848
849     // Early exit if score is high
850     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
851     if (abs(v) > LazyThreshold)
852        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
853
854     // Main evaluation begins here
855
856     initialize<WHITE>();
857     initialize<BLACK>();
858
859     score += evaluate_pieces<WHITE, KNIGHT>() - evaluate_pieces<BLACK, KNIGHT>();
860     score += evaluate_pieces<WHITE, BISHOP>() - evaluate_pieces<BLACK, BISHOP>();
861     score += evaluate_pieces<WHITE, ROOK  >() - evaluate_pieces<BLACK, ROOK  >();
862     score += evaluate_pieces<WHITE, QUEEN >() - evaluate_pieces<BLACK, QUEEN >();
863
864     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
865
866     score +=  evaluate_king<WHITE>()
867             - evaluate_king<BLACK>();
868
869     score +=  evaluate_threats<WHITE>()
870             - evaluate_threats<BLACK>();
871
872     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>()
873             - evaluate_passed_pawns<BLACK>();
874
875     if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
876         score +=  evaluate_space<WHITE>()
877                 - evaluate_space<BLACK>();
878
879     score += evaluate_initiative(eg_value(score));
880
881     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
882     ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(eg_value(score));
883     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
884        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
885
886     v /= int(PHASE_MIDGAME);
887
888     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
889     if (T)
890     {
891         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
892         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
893         Trace::add(PAWN, pe->pawns_score());
894         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
895         if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
896             Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>()
897                             , evaluate_space<BLACK>());
898         Trace::add(TOTAL, score);
899     }
900
901     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
902   }
903
904 } // namespace
905
906
907 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static evaluation
908 /// of the position from the point of view of the side to move.
909
910 Value Eval::evaluate(const Position& pos)
911 {
912    return Evaluation<>(pos).value();
913 }
914
915 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
916 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
917 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
918
919 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
920
921   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
922
923   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
924   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
925
926   std::stringstream ss;
927   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
928      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
929      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
930      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
931      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
932      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
933      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
934      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
935      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
936      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
937      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
938      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
939      << "    King safety | " << Term(KING)
940      << "        Threats | " << Term(THREAT)
941      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
942      << "          Space | " << Term(SPACE)
943      << "     Initiative | " << Term(INITIATIVE)
944      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
945      << "          Total | " << Term(TOTAL);
946
947   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
948
949   return ss.str();
950 }