]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
8e6d827eef25f27537cfc4a6e55615e054b03ce6
[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) 2015-2018 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 std::atomic<Score> Eval::Contempt;
33
34 namespace Trace {
35
36   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
37
38   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
39     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
40   };
41
42   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
43
44   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
45
46   void add(int idx, Color c, Score s) {
47     scores[idx][c] = s;
48   }
49
50   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
51     scores[idx][WHITE] = w;
52     scores[idx][BLACK] = b;
53   }
54
55   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
56     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
57        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
58     return os;
59   }
60
61   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
62
63     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
64         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
65     else
66         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
67
68     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
69     return os;
70   }
71 }
72
73 using namespace Trace;
74
75 namespace {
76
77   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
78   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
79   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
80   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
81
82   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
83     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
84     CenterFiles, CenterFiles,
85     KingSide,    KingSide,  KingSide
86   };
87
88   // Threshold for lazy and space evaluation
89   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
90   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
91
92   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
93   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
94
95   // Penalties for enemy's safe checks
96   const int QueenSafeCheck  = 780;
97   const int RookSafeCheck   = 880;
98   const int BishopSafeCheck = 435;
99   const int KnightSafeCheck = 790;
100
101 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
102
103   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
104   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
105   const Score MobilityBonus[][32] = {
106     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
107       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
108     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
109       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
110       S( 91, 88), S( 98, 97) },
111     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
112       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
113       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
114     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
115       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
116       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
117       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
118       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
119   };
120
121   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
122   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
123   // square is supported by a pawn.
124   const Score Outpost[][2] = {
125     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
126     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
127   };
128
129   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
130   // no (friendly) pawn on the rook file.
131   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
132
133   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
134   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
135   // pawn-defended are not considered.
136   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
137     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
138   };
139
140   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
141     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
142   };
143
144   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
145   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
146   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 65), S(9, 145) };
147
148   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
149   const Score PassedRank[RANK_NB] = {
150     S(0, 0), S(5, 7), S(5, 13), S(32, 42), S(70, 70), S(172, 170), S(217, 269)
151   };
152
153   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
154   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
155     S(  9, 10), S(2, 10), S(1, -8), S(-20,-12),
156     S(-20,-12), S(1, -8), S(2, 10), S(  9, 10)
157   };
158
159   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
160   const int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 2, 7, 12, 19 };
161
162   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
163   const Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(4, 3), S(3, 0), S(1, -1) };
164
165   // Assorted bonuses and penalties
166   const Score BishopPawns       = S(  8, 12);
167   const Score CloseEnemies      = S(  7,  0);
168   const Score Hanging           = S( 52, 30);
169   const Score HinderPassedPawn  = S(  8,  1);
170   const Score LongRangedBishop  = S( 22,  0);
171   const Score MinorBehindPawn   = S( 16,  0);
172   const Score PawnlessFlank     = S( 20, 80);
173   const Score RookOnPawn        = S(  8, 24);
174   const Score ThreatByPawnPush  = S( 47, 26);
175   const Score ThreatByRank      = S( 16,  3);
176   const Score ThreatBySafePawn  = S(175,168);
177   const Score ThreatOnQueen     = S( 42, 21);
178   const Score TrappedBishopA1H1 = S( 50, 50);
179   const Score TrappedRook       = S( 92,  0);
180   const Score WeakQueen         = S( 50, 10);
181   const Score WeakUnopposedPawn = S(  5, 25);
182
183 #undef S
184
185   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
186   template<Tracing T>
187   class Evaluation {
188
189   public:
190     Evaluation() = delete;
191     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
192     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
193     Value value();
194
195   private:
196     template<Color Us> void initialize();
197     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
198     template<Color Us> Score king() const;
199     template<Color Us> Score threats() const;
200     template<Color Us> Score passed() const;
201     template<Color Us> Score space() const;
202     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
203     Score initiative(Value eg) const;
204
205     const Position& pos;
206     Material::Entry* me;
207     Pawns::Entry* pe;
208     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
209     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
210
211     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
212     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
213     // are also calculated are QUEEN_DIAGONAL and ALL_PIECES.
214     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
215
216     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
217     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
218     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
219     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
220
221     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
222     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
223     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
224     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
225     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
226
227     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
228     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
229     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
230
231     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
232     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
233     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
234     // KingAttackWeights array.
235     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
236
237     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
238     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
239     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
240     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
241     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
242     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
243   };
244
245
246   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
247   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
248   template<Tracing T> template<Color Us>
249   void Evaluation<T>::initialize() {
250
251     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
252     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
253     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
254     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
255
256     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
257     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
258
259     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
260     // are excluded from the mobility area.
261     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
262
263     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
264     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
265     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
266     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
267     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
268
269     // Init our king safety tables only if we are going to use them
270     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
271     {
272         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
273         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
274             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
275
276         kingAttackersCount[Them] = popcount(attackedBy[Us][KING] & pe->pawn_attacks(Them));
277         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
278     }
279     else
280         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
281   }
282
283
284   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
285   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
286   Score Evaluation<T>::pieces() {
287
288     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
289     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
290                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
291     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
292
293     Bitboard b, bb;
294     Square s;
295     Score score = SCORE_ZERO;
296
297     attackedBy[Us][Pt] = 0;
298
299     if (Pt == QUEEN)
300         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
301
302     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
303     {
304         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
305         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
306           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
307                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
308
309         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
310             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
311
312         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
313         attackedBy[Us][Pt] |= b;
314         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
315
316         if (Pt == QUEEN)
317             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
318
319         if (b & kingRing[Them])
320         {
321             kingAttackersCount[Us]++;
322             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
323             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
324         }
325
326         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
327
328         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
329
330         // Penalty if the piece is far from the king
331         score -= KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
332
333         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
334         {
335             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
336             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
337             if (bb & s)
338                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
339
340             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
341                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
342
343             // Bonus when behind a pawn
344             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
345                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
346                 score += MinorBehindPawn;
347
348             if (Pt == BISHOP)
349             {
350                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the bishop
351                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
352
353                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
354                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
355                     score += LongRangedBishop;
356             }
357
358             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
359             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
360             // when that pawn is also blocked.
361             if (   Pt == BISHOP
362                 && pos.is_chess960()
363                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
364             {
365                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
366                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
367                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
368                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
369                                                                               : TrappedBishopA1H1;
370             }
371         }
372
373         if (Pt == ROOK)
374         {
375             // Bonus for aligning rook with with enemy pawns on the same rank/file
376             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
377                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
378
379             // Bonus for rook on an open or semi-open file
380             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
381                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
382
383             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
384             else if (mob <= 3)
385             {
386                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
387                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
388                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
389             }
390         }
391
392         if (Pt == QUEEN)
393         {
394             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
395             Bitboard queenPinners;
396             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
397                 score -= WeakQueen;
398         }
399     }
400     if (T)
401         Trace::add(Pt, Us, score);
402
403     return score;
404   }
405
406
407   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
408   template<Tracing T> template<Color Us>
409   Score Evaluation<T>::king() const {
410
411     const Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
412     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
413                                        : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
414
415     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
416     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks, pinned;
417
418     // King shelter and enemy pawns storm
419     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
420
421     // Main king safety evaluation
422     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
423     {
424         int kingDanger = unsafeChecks = 0;
425
426         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
427         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
428               & ~attackedBy2[Us]
429               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
430
431         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
432         safe  = ~pos.pieces(Them);
433         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
434
435         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
436         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
437
438         // Enemy queen safe checks
439         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
440             kingDanger += QueenSafeCheck;
441
442         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
443         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
444
445         // Enemy rooks checks
446         if (b1 & safe)
447             kingDanger += RookSafeCheck;
448         else
449             unsafeChecks |= b1;
450
451         // Enemy bishops checks
452         if (b2 & safe)
453             kingDanger += BishopSafeCheck;
454         else
455             unsafeChecks |= b2;
456
457         // Enemy knights checks
458         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
459         if (b & safe)
460             kingDanger += KnightSafeCheck;
461         else
462             unsafeChecks |= b;
463
464         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
465         // the square is in the attacker's mobility area.
466         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
467         pinned = pos.blockers_for_king(Us) & pos.pieces(Us);
468
469         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
470                      + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
471                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
472                      + 143 * popcount(pinned | unsafeChecks)
473                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
474                      -   9 * mg_value(score) / 8
475                      +  40;
476
477         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
478         if (kingDanger > 0)
479         {
480             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
481             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
482             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
483         }
484     }
485     // Penalty when our king is on a pawnless flank
486     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
487         score -= PawnlessFlank;
488
489     // King tropism: firstly, find attacked squares in our king flank
490     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
491
492     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
493     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
494
495     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
496     // which are not defended by our pawns.
497     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
498        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
499
500     score -= CloseEnemies * popcount(b);
501
502     if (T)
503         Trace::add(KING, Us, score);
504
505     return score;
506   }
507
508
509   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
510   // attacking and the attacked pieces.
511   template<Tracing T> template<Color Us>
512   Score Evaluation<T>::threats() const {
513
514     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
515     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
516     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
517
518     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
519     Score score = SCORE_ZERO;
520
521     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
522     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
523     weak = nonPawnEnemies & attackedBy[Us][PAWN];
524
525     if (weak)
526     {
527         // Our safe or protected pawns
528         b =  pos.pieces(Us, PAWN)
529            & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
530
531         safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & weak;
532         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
533     }
534
535     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
536     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
537     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
538                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
539
540     // Non-pawn enemies, strongly protected
541     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
542
543     // Enemies not strongly protected and under our attack
544     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
545
546     // Bonus according to the kind of attacking pieces
547     if (defended | weak)
548     {
549         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
550         while (b)
551         {
552             Square s = pop_lsb(&b);
553             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
554             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
555                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
556         }
557
558         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
559         while (b)
560         {
561             Square s = pop_lsb(&b);
562             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
563             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
564                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
565         }
566
567         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
568
569         b = weak & attackedBy[Us][KING];
570         if (b)
571             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
572     }
573
574     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
575     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
576         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
577
578     // Find squares where our pawns can push on the next move
579     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
580     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
581
582     // Keep only the squares which are not completely unsafe
583     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
584         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
585
586     // Bonus for safe pawn threats on the next move
587     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
588        &  pos.pieces(Them)
589        & ~attackedBy[Us][PAWN];
590
591     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
592
593     // Bonus for safe slider threats on the next move toward enemy queen
594     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
595     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
596        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
597
598     score += ThreatOnQueen * popcount(b & safeThreats);
599
600     if (T)
601         Trace::add(THREAT, Us, score);
602
603     return score;
604   }
605
606   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
607   // pawns of the given color.
608
609   template<Tracing T> template<Color Us>
610   Score Evaluation<T>::passed() const {
611
612     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
613     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
614
615     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
616       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
617     };
618
619     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
620     Score score = SCORE_ZERO;
621
622     b = pe->passed_pawns(Us);
623
624     while (b)
625     {
626         Square s = pop_lsb(&b);
627
628         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
629
630         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
631         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
632
633         int r = relative_rank(Us, s);
634         int w = PassedDanger[r];
635
636         Score bonus = PassedRank[r];
637
638         if (w)
639         {
640             Square blockSq = s + Up;
641
642             // Adjust bonus based on the king's proximity
643             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
644                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
645
646             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
647             if (r != RANK_7)
648                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
649
650             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
651             if (pos.empty(blockSq))
652             {
653                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
654                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
655                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
656                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
657
658                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
659
660                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
661                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
662
663                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
664                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
665
666                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
667                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
668                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
669
670                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
671                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
672                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
673                     k += 6;
674
675                 else if (defendedSquares & blockSq)
676                     k += 4;
677
678                 bonus += make_score(k * w, k * w);
679             }
680             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
681                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
682         } // rr != 0
683
684         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
685         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
686         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
687             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
688             bonus = bonus / 2;
689
690         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
691     }
692
693     if (T)
694         Trace::add(PASSED, Us, score);
695
696     return score;
697   }
698
699
700   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
701   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
702   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
703   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
704   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
705   // improve play on game opening.
706
707   template<Tracing T> template<Color Us>
708   Score Evaluation<T>::space() const {
709
710     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
711     const Bitboard SpaceMask =
712       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
713                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
714
715     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
716         return SCORE_ZERO;
717
718     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
719     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
720     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
721     Bitboard safe =   SpaceMask
722                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
723                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
724                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
725
726     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
727     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
728     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
729     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
730
731     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
732     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
733
734     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
735     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
736     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
737     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
738
739     if (T)
740         Trace::add(SPACE, Us, score);
741
742     return score;
743   }
744
745
746   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
747   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
748   // known attacking/defending status of the players.
749
750   template<Tracing T>
751   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
752
753     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
754                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
755
756     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
757                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
758
759     // Compute the initiative bonus for the attacking side
760     int complexity =   8 * outflanking
761                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
762                     + 12 * pos.count<PAWN>()
763                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
764                     -136 ;
765
766     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
767     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
768     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
769     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
770
771     if (T)
772         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
773
774     return make_score(0, v);
775   }
776
777
778   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
779
780   template<Tracing T>
781   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
782
783     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
784     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
785
786     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
787     // types of endgames, and use a lower scale for those.
788     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
789     {
790         if (pos.opposite_bishops())
791         {
792             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
793             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
794             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
795                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
796                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? 31 : 9;
797
798             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
799             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
800             else
801                 sf = 46;
802         }
803         // Endings where weaker side can place his king in front of the enemy's
804         // pawns are drawish.
805         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
806                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
807                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
808             sf = 37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide);
809     }
810
811     return ScaleFactor(sf);
812   }
813
814
815   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
816   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
817   // of view of the side to move.
818
819   template<Tracing T>
820   Value Evaluation<T>::value() {
821
822     assert(!pos.checkers());
823
824     // Probe the material hash table
825     me = Material::probe(pos);
826
827     // If we have a specialized evaluation function for the current material
828     // configuration, call it and return.
829     if (me->specialized_eval_exists())
830         return me->evaluate(pos);
831
832     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
833     // the position object (material + piece square tables) and the material
834     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
835     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + Eval::Contempt;
836
837     // Probe the pawn hash table
838     pe = Pawns::probe(pos);
839     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
840
841     // Early exit if score is high
842     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
843     if (abs(v) > LazyThreshold)
844        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
845
846     // Main evaluation begins here
847
848     initialize<WHITE>();
849     initialize<BLACK>();
850
851     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
852     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
853             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
854             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
855             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
856
857     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
858
859     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
860             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
861             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
862             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
863
864     score += initiative(eg_value(score));
865
866     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
867     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
868     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
869        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
870
871     v /= int(PHASE_MIDGAME);
872
873     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
874     if (T)
875     {
876         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
877         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
878         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
879         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
880         Trace::add(TOTAL, score);
881     }
882
883     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
884            + Eval::Tempo;
885   }
886
887 } // namespace
888
889
890 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
891 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
892
893 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
894   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
895 }
896
897
898 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
899 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
900 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
901
902 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
903
904   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
905
906   Eval::Contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
907
908   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
909
910   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
911
912   std::stringstream ss;
913   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
914      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
915      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
916      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
917      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
918      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
919      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
920      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
921      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
922      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
923      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
924      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
925      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
926      << " King safety | " << Term(KING)
927      << "     Threats | " << Term(THREAT)
928      << "      Passed | " << Term(PASSED)
929      << "       Space | " << Term(SPACE)
930      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
931      << "       Total | " << Term(TOTAL);
932
933   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
934
935   return ss.str();
936 }