git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2020 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, 81, 52, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1078;
  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), // Knight
  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), // Bishop
  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(-60,-78), S(-20,-17), S(  2, 23), S(  3, 39), S(  3, 70), S( 11, 99), // Rook
 100       S( 22,103), S( 31,121), S( 40,134), S( 40,139), S( 41,158), S( 48,164),
 101       S( 57,168), S( 57,169), S( 62,172) },
 102     { S(-34,-36), S(-15,-21), S(-10, -1), S(-10, 22), S( 20, 41), S( 23, 56), // Queen
 103       S( 23, 59), S( 35, 75), S( 38, 78), S( 53, 96), S( 64, 96), S( 65,100),
 104       S( 65,121), S( 66,127), S( 67,131), S( 67,133), S( 72,136), S( 72,141),
 105       S( 77,147), S( 79,150), S( 93,151), S(108,168), S(108,168), S(108,171),
 106       S(110,182), S(114,182), S(114,192), S(116,219) }
 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(19, 7), S(48, 29) };
 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(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 46), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 38), S(58, 41)
 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(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
 127   };
 128
 129   // Assorted bonuses and penalties
 130   constexpr Score BishopPawns         = S(  3,  7);
 131   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
 132   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
 133   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
 134   constexpr Score KingProtector       = S(  7,  8);
 135   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
 136   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
 137   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
 138   constexpr Score Outpost             = S( 30, 21);
 139   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
 140   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
 141   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
 142   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  5,  9);
 143   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 59, 18);
 144   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
 145   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
 146   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
 147   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
 148   constexpr Score WeakQueen           = S( 51, 14);
 149   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 15,  0);
 150
 151 #undef S
 152
 153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 154   template<Tracing T>
 155   class Evaluation {
 156
 157   public:
 158     Evaluation() = delete;
 159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 161     Value value();
 162
 163   private:
 164     template<Color Us> void initialize();
 165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 166     template<Color Us> Score king() const;
 167     template<Color Us> Score threats() const;
 168     template<Color Us> Score passed() const;
 169     template<Color Us> Score space() const;
 170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 171     Score initiative(Score score) const;
 172
 173     const Position& pos;
 174     Material::Entry* me;
 175     Pawns::Entry* pe;
 176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 178
 179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 181     // is also calculated is ALL_PIECES.
 182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 183
 184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 187
 188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 189     // very near squares, depending on king position.
 190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 191
 192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 195
 196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 199     // the KingAttackWeights array.
 200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 201
 202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 206     // to kingAttacksCount[WHITE].
 207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 208   };
 209
 210
 211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 213   template<Tracing T> template<Color Us>
 214   void Evaluation<T>::initialize() {
 215
 216     constexpr Color     Them = ~Us;
 217     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 218     constexpr Direction Down = -Up;
 219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 220
 221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 222
 223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 224
 225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 227
 228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 229     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 231
 232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 237
 238     // Init our king safety tables
 239     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 240                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 241     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
 242
 243     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 244     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 245
 246     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 247     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 248   }
 249
 250
 251   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 252   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 253   Score Evaluation<T>::pieces() {
 254
 255     constexpr Color     Them = ~Us;
 256     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 257     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 258                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 260
 261     Bitboard b, bb;
 262     Score score = SCORE_ZERO;
 263
 264     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 265
 266     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 267     {
 268         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 269         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 270           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 271                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 272
 273         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 274             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 275
 276         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 277         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 278         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 279
 280         if (b & kingRing[Them])
 281         {
 282             kingAttackersCount[Us]++;
 283             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 284             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 285         }
 286
 287         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 288
 289         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 290
 291         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 292         {
 293             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 294             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 295             if (bb & s)
 296                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 297
 298             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 299                 score += Outpost;
 300
 301             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
 302             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 303                 score += MinorBehindPawn;
 304
 305             // Penalty if the piece is far from the king
 306             score -= KingProtector * distance(pos.square<KING>(Us), s);
 307
 308             if (Pt == BISHOP)
 309             {
 310                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 311                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
 312                 // when the bishop is outside the pawn chain.
 313                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 314
 315                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 316                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
 317
 318                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 319                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 320                     score += LongDiagonalBishop;
 321
 322                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
 323                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 324                 // when that pawn is also blocked.
 325                 if (   pos.is_chess960()
 326                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 327                 {
 328                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 329                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 330                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 331                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 332                                                                                   : CorneredBishop;
 333                 }
 334             }
 335         }
 336
 337         if (Pt == ROOK)
 338         {
 339             // Bonus for rook on the same file as a queen
 340             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 341                 score += RookOnQueenFile;
 342
 343             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 344             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 345                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 346
 347             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 348             else if (mob <= 3)
 349             {
 350                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 351                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 352                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 353             }
 354         }
 355
 356         if (Pt == QUEEN)
 357         {
 358             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 359             Bitboard queenPinners;
 360             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 361                 score -= WeakQueen;
 362         }
 363     }
 364     if (T)
 365         Trace::add(Pt, Us, score);
 366
 367     return score;
 368   }
 369
 370
 371   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 372   template<Tracing T> template<Color Us>
 373   Score Evaluation<T>::king() const {
 374
 375     constexpr Color    Them = ~Us;
 376     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 377                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 378
 379     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 380     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 381     int kingDanger = 0;
 382     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 383
 384     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 385     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 386
 387     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 388     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 389           & ~attackedBy2[Us]
 390           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 391
 392     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 393     safe  = ~pos.pieces(Them);
 394     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 395
 396     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 397     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 398
 399     // Enemy rooks checks
 400     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 401     if (rookChecks)
 402         kingDanger += more_than_one(rookChecks) ? RookSafeCheck * 3/2
 403                                                 : RookSafeCheck;
 404     else
 405         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 406
 407     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 408     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 409     queenChecks =  (b1 | b2)
 410                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 411                  & safe
 412                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 413                  & ~rookChecks;
 414     if (queenChecks)
 415         kingDanger += more_than_one(queenChecks) ? QueenSafeCheck * 3/2
 416                                                  : QueenSafeCheck;
 417
 418     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 419     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 420     bishopChecks =  b2
 421                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 422                   & safe
 423                   & ~queenChecks;
 424     if (bishopChecks)
 425         kingDanger += more_than_one(bishopChecks) ? BishopSafeCheck * 3/2
 426                                                   : BishopSafeCheck;
 427     else
 428         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 429
 430     // Enemy knights checks
 431     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 432     if (knightChecks & safe)
 433         kingDanger += more_than_one(knightChecks & safe) ? KnightSafeCheck * 3/2
 434                                                          : KnightSafeCheck;
 435     else
 436         unsafeChecks |= knightChecks;
 437
 438     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 439     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 440     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 441     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 442     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 443
 444     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
 445     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 446
 447     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 448                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 449                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 450                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 451                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 452                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 453                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 454                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 455                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 456                  -   6 * mg_value(score) / 8
 457                  -   4 * kingFlankDefense
 458                  +  37;
 459
 460     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 461     if (kingDanger > 100)
 462         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 463
 464     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 465     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 466         score -= PawnlessFlank;
 467
 468     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 469     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 470
 471     if (T)
 472         Trace::add(KING, Us, score);
 473
 474     return score;
 475   }
 476
 477
 478   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 479   // attacking and the attacked pieces.
 480   template<Tracing T> template<Color Us>
 481   Score Evaluation<T>::threats() const {
 482
 483     constexpr Color     Them     = ~Us;
 484     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 485     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 486
 487     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 488     Score score = SCORE_ZERO;
 489
 490     // Non-pawn enemies
 491     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 492
 493     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 494     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 495     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 496                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 497
 498     // Non-pawn enemies, strongly protected
 499     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 500
 501     // Enemies not strongly protected and under our attack
 502     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 503
 504     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 505     if (defended | weak)
 506     {
 507         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 508         while (b)
 509             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 510
 511         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 512         while (b)
 513             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 514
 515         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 516             score += ThreatByKing;
 517
 518         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 519            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 520         score += Hanging * popcount(weak & b);
 521
 522         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
 523         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
 524     }
 525
 526     // Bonus for restricting their piece moves
 527     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 528        & ~stronglyProtected
 529        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 530     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 531
 532     // Protected or unattacked squares
 533     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 534
 535     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 536     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 537     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 538     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 539
 540     // Find squares where our pawns can push on the next move
 541     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 542     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 543
 544     // Keep only the squares which are relatively safe
 545     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 546
 547     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 548     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 549     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 550
 551     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 552     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 553     {
 554         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 555         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 556
 557         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 558
 559         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 560
 561         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 562            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 563
 564         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 565     }
 566
 567     if (T)
 568         Trace::add(THREAT, Us, score);
 569
 570     return score;
 571   }
 572
 573   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 574   // pawns of the given color.
 575
 576   template<Tracing T> template<Color Us>
 577   Score Evaluation<T>::passed() const {
 578
 579     constexpr Color     Them = ~Us;
 580     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 581     constexpr Direction Down = -Up;
 582
 583     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 584       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 585     };
 586
 587     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, candidatePassers, leverable;
 588     Score score = SCORE_ZERO;
 589
 590     b = pe->passed_pawns(Us);
 591
 592     candidatePassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
 593     if (candidatePassers)
 594     {
 595         // Can we lever the blocker of a candidate passer?
 596         leverable =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
 597                    & ~pos.pieces(Them)
 598                    & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES])
 599                    & (~(attackedBy[Them][KNIGHT] | attackedBy[Them][BISHOP])
 600                      | (attackedBy[Us  ][KNIGHT] | attackedBy[Us  ][BISHOP]));
 601
 602         // Remove candidate otherwise
 603         b &= ~candidatePassers
 604             | shift<WEST>(leverable)
 605             | shift<EAST>(leverable);
 606     }
 607
 608     while (b)
 609     {
 610         Square s = pop_lsb(&b);
 611
 612         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 613
 614         int r = relative_rank(Us, s);
 615
 616         Score bonus = PassedRank[r];
 617
 618         if (r > RANK_3)
 619         {
 620             int w = 5 * r - 13;
 621             Square blockSq = s + Up;
 622
 623             // Adjust bonus based on the king's proximity
 624             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 625                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 626
 627             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 628             if (r != RANK_7)
 629                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 630
 631             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 632             if (pos.empty(blockSq))
 633             {
 634                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 635                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 636
 637                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 638
 639                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 640                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 641
 642                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 643                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 644                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 645                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 646                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 647                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 648                                                              0 ;
 649
 650                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 651                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 652                     k += 5;
 653
 654                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 655             }
 656         } // r > RANK_3
 657
 658         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
 659     }
 660
 661     if (T)
 662         Trace::add(PASSED, Us, score);
 663
 664     return score;
 665   }
 666
 667
 668   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 669   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 670   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 671   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 672   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 673   // improve play on game opening.
 674
 675   template<Tracing T> template<Color Us>
 676   Score Evaluation<T>::space() const {
 677
 678     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 679         return SCORE_ZERO;
 680
 681     constexpr Color Them     = ~Us;
 682     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 683     constexpr Bitboard SpaceMask =
 684       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 685                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 686
 687     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 688     Bitboard safe =   SpaceMask
 689                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 690                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 691
 692     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 693     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 694     behind |= shift<Down>(behind);
 695     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 696
 697     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 698     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
 699     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 700
 701     if (T)
 702         Trace::add(SPACE, Us, score);
 703
 704     return score;
 705   }
 706
 707
 708   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 709   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 710   // known attacking/defending status of the players.
 711
 712   template<Tracing T>
 713   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
 714
 715     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 716                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 717
 718     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 719                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 720
 721     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
 722                            && !pawnsOnBothFlanks;
 723
 724     bool infiltration = rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
 725                      || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
 726
 727     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 728     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 729                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 730                     +  9 * outflanking
 731                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 732                     + 24 * infiltration
 733                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 734                     - 43 * almostUnwinnable
 735                     -110 ;
 736
 737     Value mg = mg_value(score);
 738     Value eg = eg_value(score);
 739
 740     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 741     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 742     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 743     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * Utility::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
 744     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 745
 746     if (T)
 747         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
 748
 749     return make_score(u, v);
 750   }
 751
 752
 753   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 754
 755   template<Tracing T>
 756   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 757
 758     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 759     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 760
 761     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 762     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 763     {
 764         if (pos.opposite_bishops())
 765         {
 766             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 767                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 768                 sf = 22;
 769             else
 770                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
 771         }
 772         else
 773             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 774
 775         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
 776     }
 777
 778     return ScaleFactor(sf);
 779   }
 780
 781
 782   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 783   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 784   // of view of the side to move.
 785
 786   template<Tracing T>
 787   Value Evaluation<T>::value() {
 788
 789     assert(!pos.checkers());
 790
 791     // Probe the material hash table
 792     me = Material::probe(pos);
 793
 794     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 795     // configuration, call it and return.
 796     if (me->specialized_eval_exists())
 797         return me->evaluate(pos);
 798
 799     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 800     // the position object (material + piece square tables) and the material
 801     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 802     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 803
 804     // Probe the pawn hash table
 805     pe = Pawns::probe(pos);
 806     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 807
 808     // Early exit if score is high
 809     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 810     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 811        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 812
 813     // Main evaluation begins here
 814
 815     initialize<WHITE>();
 816     initialize<BLACK>();
 817
 818     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
 819     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified
 820     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 821             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 822             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 823             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 824
 825     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 826
 827     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
 828     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 829             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 830             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 831             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 832
 833     score += initiative(score);
 834
 835     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 836     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 837     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 838        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 839
 840     v /= PHASE_MIDGAME;
 841
 842     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 843     if (T)
 844     {
 845         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 846         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 847         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 848         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 849         Trace::add(TOTAL, score);
 850     }
 851
 852     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo; // Side to move point of view
 853   }
 854
 855 } // namespace
 856
 857
 858 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 859 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 860
 861 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 862   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 863 }
 864
 865
 866 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 867 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 868 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 869
 870 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 871
 872   if (pos.checkers())
 873       return "Total evaluation: none (in check)";
 874
 875   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 876
 877   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 878
 879   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 880
 881   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 882
 883   std::stringstream ss;
 884   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 885      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 886      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 887      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 888      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 889      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 890      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 891      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 892      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 893      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 894      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 895      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 896      << " King safety | " << Term(KING)
 897      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 898      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 899      << "       Space | " << Term(SPACE)
 900      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 901      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 902      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 903
 904   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 905
 906   return ss.str();
 907 }