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     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  81     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  82     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  83     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  84     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  85     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  86     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  87
  88     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  89     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  90     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  91
  92     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  93     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  94     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  95     // KingAttackWeights array.
  96     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  97
  98     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  99     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 100     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 101     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 102     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 103     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 104
 105     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 106     Material::Entry* me;
 107     Pawns::Entry* pi;
 108   };
 109
 110   #define V(v) Value(v)
 111   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 112
 113   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 114   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 115   const Score MobilityBonus[][32] = {
 116     {}, {},
 117     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 118       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 119     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 120       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 121       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 122     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 123       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 124       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 125     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 126       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 127       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 128       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 129       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 130   };
 131
 132   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 133   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 134   const Score Outpost[][2] = {
 135     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 136     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 137   };
 138
 139   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 140   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 141   // if outpost square is supported by a pawn.
 142   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 143     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 144     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 145   };
 146
 147   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 148   // friendly pawn on the rook file.
 149   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 150
 151   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 152   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 153   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 154     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
 155
 156   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 157   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 158   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 159   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 160     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 161     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 162   };
 163
 164   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 165   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 166   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 167
 168   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 169   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 170   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 171     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 172     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 173   };
 174
 175   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 176   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 177     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 178     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 179   };
 180
 181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 182   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 183   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 184   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 185   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 186   const Score Checked             = S(20, 20);
 187   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 188   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 189   const Score Hanging             = S(48, 27);
 190   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 191   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 192
 193   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 194   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 195   // happen in Chess960 games.
 196   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 197
 198   #undef S
 199   #undef V
 200
 201   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 202   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 203   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 204   // index to KingDanger[].
 205   Score KingDanger[512];
 206
 207   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 208   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 209
 210   // Penalties for enemy's safe checks
 211   const int QueenContactCheck = 89;
 212   const int QueenCheck        = 52;
 213   const int RookCheck         = 45;
 214   const int BishopCheck       = 5;
 215   const int KnightCheck       = 17;
 216
 217
 218   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 219   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 220
 221   template<Color Us>
 222   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 223
 224     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 225     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 226
 227     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 228     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 229     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 230     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 231
 232     // Init king safety tables only if we are going to use them
 233     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 234     {
 235         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 236         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 237         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount(b) : 0;
 238         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 239     }
 240     else
 241         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 242   }
 243
 244
 245   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 246   // color and type.
 247
 248   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 249   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 250                         const Bitboard* mobilityArea) {
 251     Bitboard b, bb;
 252     Square s;
 253     Score score = SCORE_ZERO;
 254
 255     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 256     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 257     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 258                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 260
 261     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 262
 263     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 264     {
 265         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 266         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 267           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 268                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 269
 270         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 271             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 272
 273         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 274
 275         if (b & ei.kingRing[Them])
 276         {
 277             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 278             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 279             bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 280             if (bb)
 281                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(bb);
 282         }
 283
 284         if (Pt == QUEEN)
 285             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 286                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 287                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 288
 289         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 290
 291         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 292
 293         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 294         {
 295             // Bonus for outpost squares
 296             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 297             if (bb & s)
 298                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 299             else
 300             {
 301                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 302                 if (bb)
 303                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 304             }
 305
 306             // Bonus when behind a pawn
 307             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 308                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 309                 score += MinorBehindPawn;
 310
 311             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 312             if (Pt == BISHOP)
 313                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 314
 315             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 316             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 317             // when that pawn is also blocked.
 318             if (   Pt == BISHOP
 319                 && pos.is_chess960()
 320                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 321             {
 322                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 323                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 324                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 325                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 326                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 327             }
 328         }
 329
 330         if (Pt == ROOK)
 331         {
 332             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 333             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 334             {
 335                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 336                 if (alignedPawns)
 337                     score += RookOnPawn * popcount(alignedPawns);
 338             }
 339
 340             // Bonus when on an open or semi-open file
 341             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 342                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 343
 344             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 345             else if (mob <= 3)
 346             {
 347                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 348
 349                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 350                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 351                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 352                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 353             }
 354         }
 355     }
 356
 357     if (DoTrace)
 358         Trace::add(Pt, Us, score);
 359
 360     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 361     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 362   }
 363
 364   template<>
 365   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 366   template<>
 367   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 368
 369
 370   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 371
 372   template<Color Us, bool DoTrace>
 373   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 374
 375     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 376
 377     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 378     int attackUnits;
 379     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 380
 381     // King shelter and enemy pawns storm
 382     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 383
 384     // Main king safety evaluation
 385     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 386     {
 387         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 388         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 389                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 390                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 391                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 392                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 393
 394         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 395         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 396            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 397
 398         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 399         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 400         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 401         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 402         // the pawn shelter (current 'score' value).
 403         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 404                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 405                      + 27 * popcount(undefended)
 406                      + 11 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 407                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 408                      - mg_value(score) / 8;
 409
 410         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 411         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 412         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 413         if (b)
 414         {
 415             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 416             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 417                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
 418                 | ei.attackedBy[Them][KING];
 419
 420             if (b)
 421                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b);
 422         }
 423
 424         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 425         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 426
 427         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 428         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 429
 430         // Enemy queen safe checks
 431         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN])
 432             attackUnits += QueenCheck, score -= Checked;
 433
 434         // Enemy rooks safe checks
 435         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK])
 436             attackUnits += RookCheck, score -= Checked;
 437
 438         // Enemy bishops safe checks
 439         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP])
 440             attackUnits += BishopCheck, score -= Checked;
 441
 442         // Enemy knights safe checks
 443         if (pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe)
 444             attackUnits += KnightCheck, score -= Checked;
 445
 446         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 447         // array and subtract the score from the evaluation.
 448         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 449     }
 450
 451     if (DoTrace)
 452         Trace::add(KING, Us, score);
 453
 454     return score;
 455   }
 456
 457
 458   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 459   // and the attacked pieces.
 460
 461   template<Color Us, bool DoTrace>
 462   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 463
 464     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 465     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 466     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 467     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 468     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 469     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 470
 471     enum { Minor, Rook };
 472
 473     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 474     Score score = SCORE_ZERO;
 475
 476     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 477     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 478         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 479         score += LooseEnemies;
 480
 481     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 482     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 483
 484     if (weak)
 485     {
 486         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 487                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 488
 489         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 490
 491         if (weak ^ safeThreats)
 492             score += ThreatByHangingPawn;
 493
 494         while (safeThreats)
 495             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 496     }
 497
 498     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 499     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 500
 501     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 502     weak =   pos.pieces(Them)
 503           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 504           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 505
 506     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 507     if (defended | weak)
 508     {
 509         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 510         while (b)
 511             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 512
 513         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 514         while (b)
 515             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 516
 517         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 518         if (b)
 519             score += Hanging * popcount(b);
 520
 521         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 522         if (b)
 523             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 524     }
 525
 526     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 527     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 528     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 529
 530     b &=  ~pos.pieces()
 531         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 532         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 533
 534     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 535        &  pos.pieces(Them)
 536        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 537
 538     if (b)
 539         score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 540
 541     if (DoTrace)
 542         Trace::add(THREAT, Us, score);
 543
 544     return score;
 545   }
 546
 547
 548   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 549
 550   template<Color Us, bool DoTrace>
 551   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 552
 553     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 554
 555     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 556     Score score = SCORE_ZERO;
 557
 558     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 559
 560     while (b)
 561     {
 562         Square s = pop_lsb(&b);
 563
 564         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 565
 566         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 567         int rr = r * (r - 1);
 568
 569         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 570
 571         if (rr)
 572         {
 573             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 574
 575             // Adjust bonus based on the king's proximity
 576             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 577                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 578
 579             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 580             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 581                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 582
 583             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 584             if (pos.empty(blockSq))
 585             {
 586                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 587                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 588                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 589                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 590
 591                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 592
 593                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 594                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 595
 596                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 597                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 598
 599                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 600                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 601                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 602
 603                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 604                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 605                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 606                     k += 6;
 607
 608                 else if (defendedSquares & blockSq)
 609                     k += 4;
 610
 611                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 612             }
 613             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 614                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 615         } // rr != 0
 616
 617         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 618     }
 619
 620     if (DoTrace)
 621         Trace::add(PASSED, Us, score);
 622
 623     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 624     return score;
 625   }
 626
 627
 628   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 629   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 630   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 631   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 632   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 633   // improve play on game opening.
 634   template<Color Us>
 635   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 636
 637     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 638     const Bitboard SpaceMask =
 639       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 640                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 641
 642     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 643     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 644     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 645     Bitboard safe =   SpaceMask
 646                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 647                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 648                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 649
 650     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 651     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 652     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 653     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 654
 655     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 656     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 657
 658     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 659     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 660     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 661                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 662
 663     return make_score(bonus * weight * weight * 2 / 11, 0);
 664   }
 665
 666
 667   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 668   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 669   // status of the players.
 670   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 671
 672     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 673                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 674     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 675
 676     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 677     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 678
 679     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 680     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 681     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 682     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 683
 684     return make_score(0, value);
 685   }
 686
 687
 688   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 689   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 690
 691     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 692     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 693
 694     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 695     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 696     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 697         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 698     {
 699         if (pos.opposite_bishops())
 700         {
 701             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 702             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 703             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 704                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 705                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 706
 707             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 708             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 709             else
 710                 sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 711         }
 712         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 713         // pawns are drawish.
 714         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 715                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 716                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 717             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
 718     }
 719
 720     return sf;
 721   }
 722
 723 } // namespace
 724
 725
 726 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 727 /// of the position from the point of view of the side to move.
 728
 729 template<bool DoTrace>
 730 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 731
 732   assert(!pos.checkers());
 733
 734   EvalInfo ei;
 735   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 736
 737   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 738   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
 739   // internally from the white point of view.
 740   score = pos.psq_score();
 741
 742   // Probe the material hash table
 743   ei.me = Material::probe(pos);
 744   score += ei.me->imbalance();
 745
 746   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 747   // configuration, call it and return.
 748   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 749       return ei.me->evaluate(pos);
 750
 751   // Probe the pawn hash table
 752   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 753   score += ei.pi->pawns_score();
 754
 755   // Initialize attack and king safety bitboards
 756   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 757   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 758   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 759
 760   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 761   Bitboard blockedPawns[] = {
 762     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 763     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 764   };
 765
 766   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 767   // by our blocked pawns or king.
 768   Bitboard mobilityArea[] = {
 769     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 770     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 771   };
 772
 773   // Evaluate all pieces but king and pawns
 774   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 775   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 776
 777   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 778   // information when computing the king safety evaluation.
 779   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 780           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 781
 782   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 783   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 784           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 785
 786   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 787   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 788           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 789
 790   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 791   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 792   {
 793       Bitboard b;
 794       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 795           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 796
 797       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 798           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 799   }
 800
 801   // Evaluate space for both sides, only during opening
 802   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 803       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 804               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 805
 806   // Evaluate position potential for the winning side
 807   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 808
 809   // Evaluate scale factor for the winning side
 810   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 811
 812   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 813   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 814            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 815
 816   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 817
 818   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 819   if (DoTrace)
 820   {
 821       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 822       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 823       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 824       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 825       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 826                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 827       Trace::add(TOTAL, score);
 828   }
 829
 830   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 831 }
 832
 833 // Explicit template instantiations
 834 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 835 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 836
 837
 838 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 839 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 840 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 841
 842 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 843
 844   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 845
 846   Value v = evaluate<true>(pos);
 847   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 848
 849   std::stringstream ss;
 850   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 851      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 852      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 853      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 854      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 855      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 856      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 857      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 858      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 859      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 860      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 861      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 862      << "    King safety | " << Term(KING)
 863      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 864      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 865      << "          Space | " << Term(SPACE)
 866      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 867      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 868
 869   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 870
 871   return ss.str();
 872 }
 873
 874
 875 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 876
 877 void Eval::init() {
 878
 879   const int MaxSlope = 322;
 880   const int Peak = 47410;
 881   int t = 0;
 882
 883   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 884   {
 885       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
 886       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
 887   }
 888 }