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) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     Material::Entry* me;
  77     Pawns::Entry* pe;
  78     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
  79
  80     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  81     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  82     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  83
  84     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
  85     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
  86     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
  87     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
  88
  89     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  90     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  91     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
  92     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  93     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  94     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  95     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  98     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  99     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 100
 101     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
 102     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
 103     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 104     // KingAttackWeights array.
 105     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 106
 107     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 108     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 109     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 110     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 111     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 112     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 113   };
 114
 115   #define V(v) Value(v)
 116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 117
 118   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 119   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 120   const Score MobilityBonus[][32] = {
 121     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 122       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 123     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 124       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 125       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 126     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 127       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 128       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 129     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 130       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 131       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 132       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 133       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 134   };
 135
 136   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 137   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
 138   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
 139   // then score is doubled.
 140   const Score Outpost[][2] = {
 141     { S(22, 6), S(33, 9) }, // Knight
 142     { S( 9, 2), S(14, 4) }  // Bishop
 143   };
 144
 145   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 146   // friendly pawn on the rook file.
 147   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 148
 149   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 150   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 151   // pawn-defended are not considered.
 152   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 153     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 154   };
 155
 156   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 157     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
 158   };
 159
 160   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 161   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 162   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 163
 164   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 165   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 166   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 167     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 168     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 169   };
 170
 171   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 172   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 173     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 174     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 175   };
 176
 177   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
 178   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
 179
 180   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 181   const Score MinorBehindPawn     = S( 16,  0);
 182   const Score BishopPawns         = S(  8, 12);
 183   const Score RookOnPawn          = S(  8, 24);
 184   const Score TrappedRook         = S( 92,  0);
 185   const Score WeakQueen           = S( 50, 10);
 186   const Score OtherCheck          = S( 10, 10);
 187   const Score CloseEnemies        = S(  7,  0);
 188   const Score PawnlessFlank       = S( 20, 80);
 189   const Score ThreatByHangingPawn = S( 71, 61);
 190   const Score ThreatBySafePawn    = S(182,175);
 191   const Score ThreatByRank        = S( 16,  3);
 192   const Score Hanging             = S( 48, 27);
 193   const Score ThreatByPawnPush    = S( 38, 22);
 194   const Score HinderPassedPawn    = S(  7,  0);
 195
 196   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 197   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 198   // happen in Chess960 games.
 199   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 200
 201   #undef S
 202   #undef V
 203
 204   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 205   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 206
 207   // Penalties for enemy's safe checks
 208   const int QueenCheck  = 780;
 209   const int RookCheck   = 880;
 210   const int BishopCheck = 435;
 211   const int KnightCheck = 790;
 212
 213   // Threshold for lazy and space evaluation
 214   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
 215   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
 216
 217   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 218   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 219
 220   template<Color Us>
 221   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 222
 223     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 224     const Square Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 225     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 226     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 227
 228     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
 229     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 230
 231     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
 232     // are excluded from the mobility area.
 233     ei.mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | ei.pe->pawn_attacks(Them));
 234
 235     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
 236     b = ei.attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 237     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pe->pawn_attacks(Us);
 238
 239     ei.attackedBy2[Us]            = b & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 240     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | ei.attackedBy[Us][PAWN];
 241
 242     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 243     if (pos.non_pawn_material(Them) >= QueenValueMg)
 244     {
 245         ei.kingRing[Us] = b;
 246         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 247             ei.kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
 248
 249         ei.kingAttackersCount[Them] = popcount(b & ei.pe->pawn_attacks(Them));
 250         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = ei.kingAttackersWeight[Them] = 0;
 251     }
 252     else
 253         ei.kingRing[Us] = ei.kingAttackersCount[Them] = 0;
 254   }
 255
 256
 257   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 258   // color and type.
 259
 260   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 261   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
 262
 263     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 264     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 265     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 266                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 267     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 268
 269     Bitboard b, bb;
 270     Square s;
 271     Score score = SCORE_ZERO;
 272
 273     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 274
 275     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 276     {
 277         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 278         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 279           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 280                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 281
 282         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
 283             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 284
 285         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 286         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 287
 288         if (b & ei.kingRing[Them])
 289         {
 290             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 291             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 292             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 293         }
 294
 295         int mob = popcount(b & ei.mobilityArea[Us]);
 296
 297         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 298
 299         // Bonus for this piece as a king protector
 300         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 301
 302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 303         {
 304             // Bonus for outpost squares
 305             bb = OutpostRanks & ~ei.pe->pawn_attacks_span(Them);
 306             if (bb & s)
 307                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 308             else
 309             {
 310                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 311                 if (bb)
 312                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 313             }
 314
 315             // Bonus when behind a pawn
 316             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 317                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 318                 score += MinorBehindPawn;
 319
 320             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 321             if (Pt == BISHOP)
 322                 score -= BishopPawns * ei.pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 323
 324             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 325             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 326             // when that pawn is also blocked.
 327             if (   Pt == BISHOP
 328                 && pos.is_chess960()
 329                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 330             {
 331                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 332                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 333                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 334                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 335                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 336             }
 337         }
 338
 339         if (Pt == ROOK)
 340         {
 341             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 342             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 343                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 344
 345             // Bonus when on an open or semi-open file
 346             if (ei.pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 347                 score += RookOnFile[!!ei.pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 348
 349             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 350             else if (mob <= 3)
 351             {
 352                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 353
 354                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 355                     && !ei.pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 356                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 357             }
 358         }
 359
 360         if (Pt == QUEEN)
 361         {
 362             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 363             Bitboard pinners;
 364             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 365                 score -= WeakQueen;
 366         }
 367     }
 368
 369     if (DoTrace)
 370         Trace::add(Pt, Us, score);
 371
 372     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 373     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility);
 374   }
 375
 376   template<>
 377   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
 378   template<>
 379   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
 380
 381
 382   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 383
 384   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
 385   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 386   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
 387
 388   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
 389     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
 390   };
 391
 392   template<Color Us, bool DoTrace>
 393   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 394
 395     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 396     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 397     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 398                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 399
 400     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 401     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 402     int kingDanger;
 403
 404     // King shelter and enemy pawns storm
 405     Score score = ei.pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 406
 407     // Main king safety evaluation
 408     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 409     {
 410         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
 411         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 412                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 413                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 414
 415         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 416         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 417            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 418
 419         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 420         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 421         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 422         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 423         // the pawn shelter (current 'score' value).
 424         kingDanger =        ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]
 425                     + 102 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 426                     + 201 * popcount(undefended)
 427                     + 143 * (popcount(b) + !!pos.pinned_pieces(Us))
 428                     - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 429                     -  28 * mg_value(score) / 25 - 5;
 430
 431         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 432         safe  = ~pos.pieces(Them);
 433         safe &= ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (undefended & ei.attackedBy2[Them]);
 434
 435         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 436         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 437
 438         // Enemy queen safe checks
 439         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 440             kingDanger += QueenCheck;
 441
 442         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
 443         // and only defended by our queen.
 444         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 445                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 446                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 447
 448         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
 449         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
 450         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
 451         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 452                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 453
 454         // Enemy rooks safe and other checks
 455         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 456             kingDanger += RookCheck;
 457
 458         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 459             score -= OtherCheck;
 460
 461         // Enemy bishops safe and other checks
 462         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 463             kingDanger += BishopCheck;
 464
 465         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 466             score -= OtherCheck;
 467
 468         // Enemy knights safe and other checks
 469         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 470         if (b & safe)
 471             kingDanger += KnightCheck;
 472
 473         else if (b & other)
 474             score -= OtherCheck;
 475
 476         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
 477         if (kingDanger > 0)
 478             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 479     }
 480
 481     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 482     File kf = file_of(ksq);
 483     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 484
 485     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 486     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 487
 488     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 489     // which are not defended by our pawns.
 490     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 491        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 492
 493     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 494
 495     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 496     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 497         score -= PawnlessFlank;
 498
 499     if (DoTrace)
 500         Trace::add(KING, Us, score);
 501
 502     return score;
 503   }
 504
 505
 506   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 507   // and the attacked pieces.
 508
 509   template<Color Us, bool DoTrace>
 510   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 511
 512     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 513     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 514     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 515     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 516     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
 517     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
 518
 519     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
 520     Score score = SCORE_ZERO;
 521
 522     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 523     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 524
 525     if (weak)
 526     {
 527         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 528                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 529
 530         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 531
 532         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 533
 534         if (weak ^ safeThreats)
 535             score += ThreatByHangingPawn;
 536     }
 537
 538     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
 539     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
 540     stronglyProtected =  ei.attackedBy[Them][PAWN]
 541                        | (ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy2[Us]);
 542
 543     // Non-pawn enemies, strongly protected
 544     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
 545               & stronglyProtected;
 546
 547     // Enemies not strongly protected and under our attack
 548     weak =   pos.pieces(Them)
 549           & ~stronglyProtected
 550           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 551
 552     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 553     if (defended | weak)
 554     {
 555         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 556         while (b)
 557         {
 558             Square s = pop_lsb(&b);
 559             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 560             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 561                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 562         }
 563
 564         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 565         while (b)
 566         {
 567             Square s = pop_lsb(&b);
 568             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 569             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 570                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 571         }
 572
 573         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 574
 575         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 576         if (b)
 577             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 578     }
 579
 580     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 581     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 582     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 583
 584     b &=  ~pos.pieces()
 585         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 586         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 587
 588     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 589        &  pos.pieces(Them)
 590        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 591
 592     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 593
 594     if (DoTrace)
 595         Trace::add(THREAT, Us, score);
 596
 597     return score;
 598   }
 599
 600
 601   // evaluate_passer_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
 602   // pawns of the given color.
 603
 604   template<Color Us, bool DoTrace>
 605   Score evaluate_passer_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 606
 607     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 608
 609     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 610     Score score = SCORE_ZERO;
 611
 612     b = ei.pe->passed_pawns(Us);
 613
 614     while (b)
 615     {
 616         Square s = pop_lsb(&b);
 617
 618         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_bb(Us, s + pawn_push(Us))));
 619
 620         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 621         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 622
 623         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 624         int rr = r * (r - 1);
 625
 626         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 627
 628         if (rr)
 629         {
 630             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 631
 632             // Adjust bonus based on the king's proximity
 633             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 634                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 635
 636             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 637             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 638                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 639
 640             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 641             if (pos.empty(blockSq))
 642             {
 643                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 644                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 645                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 646                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 647
 648                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 649
 650                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 651                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 652
 653                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 654                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 655
 656                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 657                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 658                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 659
 660                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 661                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 662                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 663                     k += 6;
 664
 665                 else if (defendedSquares & blockSq)
 666                     k += 4;
 667
 668                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 669             }
 670             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 671                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 672         } // rr != 0
 673
 674         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 675         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
 676         if (!pos.pawn_passed(Us, s + pawn_push(Us)) || (pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)))
 677             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
 678
 679         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 680     }
 681
 682     if (DoTrace)
 683         Trace::add(PASSED, Us, score);
 684
 685     return score;
 686   }
 687
 688
 689   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 690   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 691   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 692   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 693   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 694   // improve play on game opening.
 695   template<Color Us>
 696   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 697
 698     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 699     const Bitboard SpaceMask =
 700       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 701                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 702
 703     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 704     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 705     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 706     Bitboard safe =   SpaceMask
 707                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 708                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 709                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 710
 711     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 712     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 713     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 714     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 715
 716     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 717     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 718
 719     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
 720     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 721     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pe->open_files();
 722
 723     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 724   }
 725
 726
 727   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 728   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 729   // status of the players.
 730   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 731
 732     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 733                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 734     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 735
 736     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 737     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
 738
 739     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 740     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 741     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 742     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
 743
 744     return make_score(0, value);
 745   }
 746
 747
 748   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 749   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 750
 751     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 752     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 753
 754     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 755     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 756     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
 757     {
 758         if (pos.opposite_bishops())
 759         {
 760             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 761             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 762             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 763                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 764                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 765
 766             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 767             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 768             return ScaleFactor(46);
 769         }
 770         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 771         // pawns are drawish.
 772         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 773                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 774                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 775             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 776     }
 777
 778     return sf;
 779   }
 780
 781 } // namespace
 782
 783
 784 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 785 /// of the position from the point of view of the side to move.
 786
 787 template<bool DoTrace>
 788 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 789
 790   assert(!pos.checkers());
 791
 792   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 793   Value v;
 794   EvalInfo ei;
 795
 796   // Probe the material hash table
 797   ei.me = Material::probe(pos);
 798
 799   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 800   // configuration, call it and return.
 801   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 802       return ei.me->evaluate(pos);
 803
 804   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 805   // the position object (material + piece square tables) and the material
 806   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 807   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
 808
 809   // Probe the pawn hash table
 810   ei.pe = Pawns::probe(pos);
 811   score += ei.pe->pawns_score();
 812
 813   // Early exit if score is high
 814   v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 815   if (abs(v) > LazyThreshold)
 816      return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 817
 818   // Initialize attack and king safety bitboards
 819   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 820   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 821
 822   // Evaluate all pieces but king and pawns
 823   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility);
 824   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 825
 826   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 827   // information when computing the king safety evaluation.
 828   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 829           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 830
 831   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 832   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 833           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 834
 835   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 836   score +=  evaluate_passer_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 837           - evaluate_passer_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 838
 839   // Evaluate space for both sides, only during opening
 840   if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 841       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 842               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 843
 844   // Evaluate position potential for the winning side
 845   score += evaluate_initiative(pos, ei.pe->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 846
 847   // Evaluate scale factor for the winning side
 848   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 849
 850   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 851   v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 852      + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 853
 854   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 855
 856   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 857   if (DoTrace)
 858   {
 859       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 860       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 861       Trace::add(PAWN, ei.pe->pawns_score());
 862       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 863       if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 864           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 865                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 866       Trace::add(TOTAL, score);
 867   }
 868
 869   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 870 }
 871
 872 // Explicit template instantiations
 873 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 874 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 875
 876
 877 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 878 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 879 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 880
 881 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 882
 883   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 884
 885   Value v = evaluate<true>(pos);
 886   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 887
 888   std::stringstream ss;
 889   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 890      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 891      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 892      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 893      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 894      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 895      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 896      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 897      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 898      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 899      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 900      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 901      << "    King safety | " << Term(KING)
 902      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 903      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 904      << "          Space | " << Term(SPACE)
 905      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 906      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 907
 908   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 909
 910   return ss.str();
 911 }