Fix incorrect draw detection
[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) 2015-2016 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 }