9a55fbd88789a5096731061fb66d4109591cf8b6
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
145   };
146
147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
148   // type is attacked by an enemy pawn.
149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
150     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
151   };
152
153   // Hanging contains a bonus for each enemy hanging piece
154   const Score Hanging = S(23, 20);
155
156   #undef S
157
158   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
159   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
160   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
161   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
162   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
163   const Score TrappedRook      = make_score(92,  0);
164   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
170
171   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
172   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
173   // based on how many squares inside this area are safe and available for
174   // friendly minor pieces.
175   const Bitboard SpaceMask[] = {
176     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
178   };
179
180   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
181   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
182   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
183   // index to KingDanger[].
184   //
185   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
186   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
187
188   // Bonuses for enemy's safe checks
189   const int QueenContactCheck = 24;
190   const int RookContactCheck  = 16;
191   const int QueenCheck        = 12;
192   const int RookCheck         = 8;
193   const int BishopCheck       = 2;
194   const int KnightCheck       = 3;
195
196   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
197   // scores, indexed by a calculated integer number.
198   Score KingDanger[128];
199
200   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
201
202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
205   }
206
207
208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
210
211   template<Color Us>
212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
213
214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
216
217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
218
219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221
222     // Init king safety tables only if we are going to use them
223     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
224     {
225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
229     }
230     else
231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
232   }
233
234
235   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
236
237   template<PieceType Pt, Color Us>
238   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
239
240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
241
242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
243
244     // Initial bonus based on square
245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
246
247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
250     {
251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
253             bonus += bonus + bonus / 2;
254         else
255             bonus += bonus / 2;
256     }
257
258     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
259   }
260
261
262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
263
264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
266
267     Bitboard b;
268     Square s;
269     Score score = SCORE_ZERO;
270
271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
274
275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
286
287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
288
289         if (b & ei.kingRing[Them])
290         {
291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
294             if (bb)
295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
296         }
297
298         if (Pt == QUEEN)
299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
302
303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Penalty for bishop with same colored pawns
316             if (Pt == BISHOP)
317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
318
319             // Bishop and knight outpost square
320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
321                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
322
323             // Bishop or knight behind a pawn
324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
326                 score += MinorBehindPawn;
327         }
328
329         if (Pt == ROOK)
330         {
331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
333             {
334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
335                 if (pawns)
336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
337             }
338
339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
342
343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 continue;
345
346             Square ksq = pos.king_square(Us);
347
348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
349             // king has lost its castling capability.
350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
352                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
354         }
355
356         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
358         // when that pawn is also blocked.
359         if (   Pt == BISHOP
360             && pos.is_chess960()
361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
362         {
363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
368         }
369     }
370
371     if (Trace)
372         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
373
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
416                      - mg_value(score) / 32;
417
418         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
419         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
420         // queen...
421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
422         if (b)
423         {
424             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
425             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
426                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
427
428             if (b)
429                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
430         }
431
432         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
433         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
434         // rooks...
435         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
436
437         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
438         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
439
440         if (b)
441         {
442             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
443             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
444                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
445
446             if (b)
447                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
448         }
449
450         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
451         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
452
453         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
454         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
455
456         // Enemy queen safe checks
457         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
458         if (b)
459             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
460
461         // Enemy rooks safe checks
462         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
463         if (b)
464             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
465
466         // Enemy bishops safe checks
467         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
468         if (b)
469             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
470
471         // Enemy knights safe checks
472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
473         if (b)
474             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
475
476         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
477         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
478
479         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
480         // array and subtract the score from evaluation.
481         score -= KingDanger[attackUnits];
482     }
483
484     if (Trace)
485         Tracing::terms[Us][KING] = score;
486
487     return score;
488   }
489
490
491   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
492   // and the type of attacked one.
493
494   template<Color Us, bool Trace>
495   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
496
497     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
498
499     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
500     Score score = SCORE_ZERO;
501     enum { Minor, Major };
502
503     // Protected enemies
504     protectedEnemies = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them,PAWN))
505                       & ei.attackedBy[Them][PAWN]
506                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
507
508     if(protectedEnemies)
509         score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(protectedEnemies)))];
510
511     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
512     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
513                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
514                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
515
516     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
517     if (weakEnemies)
518     {
519         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
520         if (b)
521             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
522
523         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
524         if (b)
525             score += Threat[Major][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
526
527         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
528         if (b)
529             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
530     }
531
532     if (Trace)
533         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
534
535     return score;
536   }
537
538
539   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
540
541   template<Color Us, bool Trace>
542   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
543
544     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
545
546     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
547     Score score = SCORE_ZERO;
548
549     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
550
551     while (b)
552     {
553         Square s = pop_lsb(&b);
554
555         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
556
557         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
558         int rr = r * (r - 1);
559
560         // Base bonus based on rank
561         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
562
563         if (rr)
564         {
565             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
566
567             // Adjust bonus based on the king's proximity
568             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
569                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
570
571             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
572             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
573                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
574
575             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
576             if (pos.empty(blockSq))
577             {
578                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
579                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
580                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
581                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
582
583                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
584
585                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
586                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
587
588                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
589                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
590
591                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
592                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
593                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
594
595                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
596                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
597                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
598                     k += 6;
599
600                 else if (defendedSquares & blockSq)
601                     k += 4;
602
603                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
604             }
605             else if(pos.pieces(Us) & blockSq)
606                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
607         } // rr != 0
608
609         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
610             ebonus += ebonus / 4;
611
612         score += make_score(mbonus, ebonus);
613     }
614
615     if (Trace)
616         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
617
618     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
619     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
620   }
621
622
623   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
624   // candidate pawns. In case both players have no pieces but pawns, this is
625   // somewhat related to the possibility that pawns are unstoppable.
626
627   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
628
629     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
630
631     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
632   }
633
634
635   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
636   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
637   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
638   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
639   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
640   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
641   template<Color Us>
642   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
643
644     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
645
646     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
647     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
648     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
649     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
650                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
651                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
652                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
653
654     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
655     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
656     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
657     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
658
659     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
660     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
661
662     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
663     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
664   }
665
666
667   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
668
669   template<bool Trace>
670   Value do_evaluate(const Position& pos) {
671
672     assert(!pos.checkers());
673
674     EvalInfo ei;
675     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
676     Thread* thisThread = pos.this_thread();
677
678     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
679     // in the position object (material + piece square tables).
680     // Score is computed from the point of view of white.
681     score = pos.psq_score();
682
683     // Probe the material hash table
684     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
685     score += ei.mi->material_value();
686
687     // If we have a specialized evaluation function for the current material
688     // configuration, call it and return.
689     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
690         return ei.mi->evaluate(pos);
691
692     // Probe the pawn hash table
693     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
694     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
695
696     // Initialize attack and king safety bitboards
697     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
698     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
699
700     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
701     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
702
703     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
704     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
705                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
706
707     // Evaluate pieces and mobility
708     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
709     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
710
711     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
712     // information when computing the king safety evaluation.
713     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
714             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
715
716     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
717     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
718             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
719
720     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
721     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
722             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
723
724     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
725     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
726         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
727                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
728
729     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
730     if (ei.mi->space_weight())
731     {
732         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
733         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
734     }
735
736     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
737     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
738     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
739
740     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
741     // types of endgames, and use a lower scale for those.
742     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
743         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
744     {
745         if (pos.opposite_bishops()) {
746             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
747             // other pieces?
748             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
749                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
750             {
751                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
752                 // certainly a draw or at least two pawns.
753                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
754                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
755             }
756             else
757                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
758                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
759                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
760         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
761                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
762                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
763             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
764             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
765         }
766     }
767
768     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
769     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
770              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
771
772     v /= int(PHASE_MIDGAME);
773
774     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
775     if (Trace)
776     {
777         Tracing::add_term(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
778         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
779         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
780         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
781                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
782         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
783         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
784         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
785         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
786         Tracing::ei = ei;
787         Tracing::sf = sf;
788     }
789
790     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
791   }
792
793
794   // Tracing function definitions
795
796   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
797
798   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
799
800     terms[WHITE][idx] = wScore;
801     terms[BLACK][idx] = bScore;
802   }
803
804   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
805
806     Score wScore = terms[WHITE][idx];
807     Score bScore = terms[BLACK][idx];
808
809     switch (idx) {
810     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
811         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
812            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
813            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
814         break;
815     default:
816         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
817            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
818            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
819            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
820            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
821            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
822            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
823     }
824   }
825
826   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
827
828     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
829
830     Value v = do_evaluate<true>(pos);
831     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
832
833     std::stringstream ss;
834     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
835        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
836        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
837        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
838
839     format_row(ss, "Material", MATERIAL);
840     format_row(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
841     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
842     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
843     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
844     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
845     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
846     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
847     format_row(ss, "King safety", KING);
848     format_row(ss, "Threats", THREAT);
849     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
850     format_row(ss, "Space", SPACE);
851
852     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
853     format_row(ss, "Total", TOTAL);
854
855     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
856
857     return ss.str();
858   }
859
860 } // namespace
861
862
863 namespace Eval {
864
865   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
866   /// of the position always from the point of view of the side to move.
867
868   Value evaluate(const Position& pos) {
869     return do_evaluate<false>(pos) + Tempo;
870   }
871
872
873   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
874   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
875   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
876   /// debugging.
877   std::string trace(const Position& pos) {
878     return Tracing::do_trace(pos);
879   }
880
881
882   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
883   /// and setup king tables.
884
885   void init() {
886
887     const double MaxSlope = 30;
888     const double Peak = 1280;
889
890     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
891     {
892         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
893         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
894     }
895   }
896
897 } // namespace Eval