Just blockSq, not forward file. Bench: 3377831 (#2240)
[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) 2015-2019 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 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
127   };
128
129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
133   };
134
135   // Assorted bonuses and penalties
136   constexpr Score AttacksOnSpaceArea = S(  4,  0);
137   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
138   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
139   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
140   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
141   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
142   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
143   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
144   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
145   constexpr Score Outpost            = S( 18,  6);
146   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
147   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
148   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
149   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
150   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
151   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
152   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
153   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
154   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
155   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
156
157 #undef S
158
159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
160   template<Tracing T>
161   class Evaluation {
162
163   public:
164     Evaluation() = delete;
165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
167     Value value();
168
169   private:
170     template<Color Us> void initialize();
171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
172     template<Color Us> Score king() const;
173     template<Color Us> Score threats() const;
174     template<Color Us> Score passed() const;
175     template<Color Us> Score space() const;
176     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
177     Score initiative(Value eg) const;
178
179     const Position& pos;
180     Material::Entry* me;
181     Pawns::Entry* pe;
182     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
183     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
184
185     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
186     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
187     // is also calculated is ALL_PIECES.
188     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
189
190     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
191     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
192     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
193
194     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
195     // very near squares, depending on king position.
196     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
197
198     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
199     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
200     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
201
202     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
203     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
204     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
205     // the KingAttackWeights array.
206     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
207
208     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
209     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
210     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
211     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
212     // to kingAttacksCount[WHITE].
213     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
214   };
215
216
217   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
218   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
219   template<Tracing T> template<Color Us>
220   void Evaluation<T>::initialize() {
221
222     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
223     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
224     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
225     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
226
227     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
228
229     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
230
231     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
232     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
233
234     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
235     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
236     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
237
238     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
239     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
240     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
241     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
242     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
243
244     // Init our king safety tables
245     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
246     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
247         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
248
249     if (file_of(ksq) == FILE_H)
250         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
251
252     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
253         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
254
255     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
256     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
257
258     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
259     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
260   }
261
262
263   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
264   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
265   Score Evaluation<T>::pieces() {
266
267     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
268     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
269     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
270                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
271     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
272
273     Bitboard b, bb;
274     Score score = SCORE_ZERO;
275
276     attackedBy[Us][Pt] = 0;
277
278     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
279     {
280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
284
285         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
286             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
287
288         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
289         attackedBy[Us][Pt] |= b;
290         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
291
292         if (b & kingRing[Them])
293         {
294             kingAttackersCount[Us]++;
295             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
296             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
297         }
298
299         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
300
301         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
302
303         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
304         {
305             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
306             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
307             if (bb & s)
308                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2);
309
310             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
311                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
312
313             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
314             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
315                 score += MinorBehindPawn;
316
317             // Penalty if the piece is far from the king
318             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
319
320             if (Pt == BISHOP)
321             {
322                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
323                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
324                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
325
326                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
327                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
328
329                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
330                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
331                     score += LongDiagonalBishop;
332             }
333
334             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
335             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
336             // when that pawn is also blocked.
337             if (   Pt == BISHOP
338                 && pos.is_chess960()
339                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
340             {
341                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
342                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
343                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
344                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
345                                                                               : CorneredBishop;
346             }
347         }
348
349         if (Pt == ROOK)
350         {
351             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
352             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
353                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
354
355             // Bonus for rook on an open or semi-open file
356             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
357                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
358
359             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
360             else if (mob <= 3)
361             {
362                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
363                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
364                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
365             }
366         }
367
368         if (Pt == QUEEN)
369         {
370             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
371             Bitboard queenPinners;
372             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
373                 score -= WeakQueen;
374         }
375     }
376     if (T)
377         Trace::add(Pt, Us, score);
378
379     return score;
380   }
381
382
383   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384   template<Tracing T> template<Color Us>
385   Score Evaluation<T>::king() const {
386
387     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
388     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
389                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
390
391     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
392     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
393     int kingDanger = 0;
394     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
395
396     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
397     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
398
399     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
400     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
401           & ~attackedBy2[Us]
402           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
403
404     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
405     safe  = ~pos.pieces(Them);
406     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
407
408     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
409     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
410
411     // Enemy rooks checks
412     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
413
414     if (rookChecks)
415         kingDanger += RookSafeCheck;
416     else
417         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
418
419     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
420     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
421     queenChecks =  (b1 | b2)
422                  & attackedBy[Them][QUEEN]
423                  & safe
424                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
425                  & ~rookChecks;
426
427     if (queenChecks)
428         kingDanger += QueenSafeCheck;
429
430     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
431     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
432     bishopChecks =  b2
433                   & attackedBy[Them][BISHOP]
434                   & safe
435                   & ~queenChecks;
436
437     if (bishopChecks)
438         kingDanger += BishopSafeCheck;
439     else
440         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
441
442     // Enemy knights checks
443     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
444
445     if (knightChecks & safe)
446         kingDanger += KnightSafeCheck;
447     else
448         unsafeChecks |= knightChecks;
449
450     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
451     // the square is in the attacker's mobility area.
452     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
453
454     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
455     // which are attacked twice in that flank.
456     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
457     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
458
459     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
460
461     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
462                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
463                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
464                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
465                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
466                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
467                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
468                  -   6 * mg_value(score) / 8
469                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
470                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
471                  -   7;
472
473     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
474     if (kingDanger > 100)
475         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
476
477     // Penalty when our king is on a pawnless flank
478     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
479         score -= PawnlessFlank;
480
481     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
482     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
483
484     if (T)
485         Trace::add(KING, Us, score);
486
487     return score;
488   }
489
490
491   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
492   // attacking and the attacked pieces.
493   template<Tracing T> template<Color Us>
494   Score Evaluation<T>::threats() const {
495
496     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
497     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
498     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
499
500     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
501     Score score = SCORE_ZERO;
502
503     // Non-pawn enemies
504     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
505
506     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
507     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
508     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
509                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
510
511     // Non-pawn enemies, strongly protected
512     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
513
514     // Enemies not strongly protected and under our attack
515     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
516
517     // Safe or protected squares
518     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
519
520     // Bonus according to the kind of attacking pieces
521     if (defended | weak)
522     {
523         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
524         while (b)
525         {
526             Square s = pop_lsb(&b);
527             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
528             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
529                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
530         }
531
532         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
533         while (b)
534         {
535             Square s = pop_lsb(&b);
536             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
537             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
538                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
539         }
540
541         if (weak & attackedBy[Us][KING])
542             score += ThreatByKing;
543
544         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
545            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
546         score += Hanging * popcount(weak & b);
547     }
548
549     // Bonus for restricting their piece moves
550     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
551        & ~stronglyProtected
552        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
553
554     score += RestrictedPiece * popcount(b);
555
556     // Find squares where our pawns can push on the next move
557     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
558     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
559
560     // Keep only the squares which are relatively safe
561     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
562
563     // Bonus for safe pawn threats on the next move
564     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
565     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
566
567     // Our safe or protected pawns
568     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
569
570     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
571     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
572
573     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
574     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
575     {
576         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
577         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
578
579         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
580
581         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
582
583         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
584            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
585
586         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
587     }
588
589     if (T)
590         Trace::add(THREAT, Us, score);
591
592     return score;
593   }
594
595   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
596   // pawns of the given color.
597
598   template<Tracing T> template<Color Us>
599   Score Evaluation<T>::passed() const {
600
601     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
602     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
603
604     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
605       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
606     };
607
608     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
609     Score score = SCORE_ZERO;
610
611     b = pe->passed_pawns(Us);
612
613     while (b)
614     {
615         Square s = pop_lsb(&b);
616
617         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
618
619         int r = relative_rank(Us, s);
620
621         Score bonus = PassedRank[r];
622
623         if (r > RANK_3)
624         {
625             int w = 5 * r - 13;
626             Square blockSq = s + Up;
627
628             // Adjust bonus based on the king's proximity
629             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
630                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
631
632             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
633             if (r != RANK_7)
634                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
635
636             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
637             if (pos.empty(blockSq))
638             {
639                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
640                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
641
642                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
643
644                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
645                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
646
647                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
648                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
649                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
650                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
651                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
652                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
653                                                              0 ;
654
655                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
656                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
657                     k += 5;
658
659                 bonus += make_score(k * w, k * w);
660             }
661         } // r > RANK_3
662
663         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
664         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
665         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
666             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
667             bonus = bonus / 2;
668
669         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
670     }
671
672     if (T)
673         Trace::add(PASSED, Us, score);
674
675     return score;
676   }
677
678
679   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
680   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
681   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
682   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
683   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
684   // improve play on game opening.
685
686   template<Tracing T> template<Color Us>
687   Score Evaluation<T>::space() const {
688
689     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
690         return SCORE_ZERO;
691
692     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
693     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
694     constexpr Bitboard SpaceMask =
695       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
696                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
697
698     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
699     Bitboard safe =   SpaceMask
700                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
701                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
702
703     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
704     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
705     behind |= shift<Down>(behind);
706     behind |= shift<Down+Down>(behind);
707
708     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
709     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
710     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
711
712     score -= AttacksOnSpaceArea * popcount(attackedBy[Them][ALL_PIECES] & behind & safe);
713
714     if (T)
715         Trace::add(SPACE, Us, score);
716
717     return score;
718   }
719
720
721   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
722   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
723   // known attacking/defending status of the players.
724
725   template<Tracing T>
726   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
727
728     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
729                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
730
731     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
732                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
733
734     // Compute the initiative bonus for the attacking side
735     int complexity =   9 * pe->passed_count()
736                     + 11 * pos.count<PAWN>()
737                     +  9 * outflanking
738                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
739                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
740                     -103 ;
741
742     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
743     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
744     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
745     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
746
747     if (T)
748         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
749
750     return make_score(0, v);
751   }
752
753
754   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
755
756   template<Tracing T>
757   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
758
759     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
760     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
761
762     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
763     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
764     {
765         if (   pos.opposite_bishops()
766             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
767             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
768         else
769             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
770
771     }
772
773     return ScaleFactor(sf);
774   }
775
776
777   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
778   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
779   // of view of the side to move.
780
781   template<Tracing T>
782   Value Evaluation<T>::value() {
783
784     assert(!pos.checkers());
785
786     // Probe the material hash table
787     me = Material::probe(pos);
788
789     // If we have a specialized evaluation function for the current material
790     // configuration, call it and return.
791     if (me->specialized_eval_exists())
792         return me->evaluate(pos);
793
794     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
795     // the position object (material + piece square tables) and the material
796     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
797     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
798
799     // Probe the pawn hash table
800     pe = Pawns::probe(pos);
801     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
802
803     // Early exit if score is high
804     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
805     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
806        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
807
808     // Main evaluation begins here
809
810     initialize<WHITE>();
811     initialize<BLACK>();
812
813     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
814     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
815             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
816             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
817             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
818
819     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
820
821     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
822             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
823             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
824             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
825
826     score += initiative(eg_value(score));
827
828     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
829     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
830     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
831        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
832
833     v /= PHASE_MIDGAME;
834
835     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
836     if (T)
837     {
838         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
839         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
840         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
841         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
842         Trace::add(TOTAL, score);
843     }
844
845     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
846            + Eval::Tempo;
847   }
848
849 } // namespace
850
851
852 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
853 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
854
855 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
856   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
857 }
858
859
860 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
861 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
862 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
863
864 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
865
866   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
867
868   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
869
870   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
871
872   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
873
874   std::stringstream ss;
875   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
876      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
877      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
878      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
879      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
880      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
881      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
882      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
883      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
884      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
885      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
886      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
887      << " King safety | " << Term(KING)
888      << "     Threats | " << Term(THREAT)
889      << "      Passed | " << Term(PASSED)
890      << "       Space | " << Term(SPACE)
891      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
892      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
893      << "       Total | " << Term(TOTAL);
894
895   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
896
897   return ss.str();
898 }