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) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  79
  80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
  81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
  82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
  83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
  84
  85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  92
  93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 100     // KingAttackWeights array.
 101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 102
 103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 109
 110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 111     Material::Entry* me;
 112     Pawns::Entry* pi;
 113   };
 114
 115   #define V(v) Value(v)
 116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 117
 118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 120   const Score MobilityBonus[][32] = {
 121     {}, {},
 122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 135   };
 136
 137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 139   const Score Outpost[][2] = {
 140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 142   };
 143
 144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 146   // if outpost square is supported by a pawn.
 147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 150   };
 151
 152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 153   // friendly pawn on the rook file.
 154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 155
 156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
 160   };
 161
 162   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 163   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 164   // pawn-defended are not considered.
 165   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 166     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 167   };
 168
 169   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 170     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
 171   };
 172
 173   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 174   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 175   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 176
 177   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 178   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 179   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 180     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 181     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 182   };
 183
 184   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 185   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 186     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 187     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 188   };
 189
 190   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 191   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 192   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 193   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 194   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 195   const Score WeakQueen           = S(50, 10);
 196   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 197   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
 198   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
 199   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 200   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 201   const Score ThreatByRank        = S(16,  3);
 202   const Score Hanging             = S(48, 27);
 203   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 204   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
 205
 206   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 207   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 208   // happen in Chess960 games.
 209   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 210
 211   #undef S
 212   #undef V
 213
 214   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 215   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 216
 217   // Penalties for enemy's safe checks
 218   const int QueenContactCheck = 997;
 219   const int QueenCheck        = 745;
 220   const int RookCheck         = 688;
 221   const int BishopCheck       = 588;
 222   const int KnightCheck       = 924;
 223
 224
 225   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 226   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 227
 228   template<Color Us>
 229   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 230
 231     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 232     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 233
 234     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 235     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
 236     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 237     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 238     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
 239
 240     // Init king safety tables only if we are going to use them
 241     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 242     {
 243         ei.kingRing[Them] = b | shift<Down>(b);
 244         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b & ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 245         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 246     }
 247     else
 248         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 249   }
 250
 251
 252   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 253   // color and type.
 254
 255   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 256   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 257                         const Bitboard* mobilityArea) {
 258     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 259     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 260     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 261                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 262     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 263
 264     Bitboard b, bb;
 265     Square s;
 266     Score score = SCORE_ZERO;
 267
 268     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 269
 270     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 271     {
 272         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 273         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 274           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 275                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 276
 277         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 278             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 279
 280         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 281         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 282
 283         if (b & ei.kingRing[Them])
 284         {
 285             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 286             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 287             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 288         }
 289
 290         if (Pt == QUEEN)
 291             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 292                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 293                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 294
 295         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 296
 297         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 298
 299         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 300         {
 301             // Bonus for outpost squares
 302             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 303             if (bb & s)
 304                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 305             else
 306             {
 307                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 308                 if (bb)
 309                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 310             }
 311
 312             // Bonus when behind a pawn
 313             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 314                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 315                 score += MinorBehindPawn;
 316
 317             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 318             if (Pt == BISHOP)
 319                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 320
 321             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 322             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 323             // when that pawn is also blocked.
 324             if (   Pt == BISHOP
 325                 && pos.is_chess960()
 326                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 327             {
 328                 Square 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))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 331                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 332                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 333             }
 334         }
 335
 336         if (Pt == ROOK)
 337         {
 338             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 339             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 340                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 341
 342             // Bonus when on an open or semi-open file
 343             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 344                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 345
 346             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 347             else if (mob <= 3)
 348             {
 349                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 350
 351                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 352                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 353                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 354             }
 355         }
 356
 357         if (Pt == QUEEN)
 358         {
 359             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 360             Bitboard pinners;
 361             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 362                 score -= WeakQueen;
 363         }
 364     }
 365
 366     if (DoTrace)
 367         Trace::add(Pt, Us, score);
 368
 369     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 370     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 371   }
 372
 373   template<>
 374   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 375   template<>
 376   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 377
 378
 379   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 380
 381   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 382
 383   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
 384     CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles, CenterFiles,
 385     CenterFiles << 2, CenterFiles << 2, CenterFiles << 2
 386   };
 387
 388   template<Color Us, bool DoTrace>
 389   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 390
 391     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 392     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 393     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 394                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 395
 396     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 397     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 398     int kingDanger;
 399
 400     // King shelter and enemy pawns storm
 401     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 402
 403     // Main king safety evaluation
 404     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 405     {
 406         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 407         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 408                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 409                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 410
 411         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 412         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 413            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 414
 415         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
 416         // later into a king danger score. The initial value is based on the
 417         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 418         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 419         // the pawn shelter (current 'score' value).
 420         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 421                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 422                     + 235 * popcount(undefended)
 423                     + 134 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 424                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 425                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
 426
 427         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 428         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 429         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 430
 431         // ...and keep squares supported by another enemy piece
 432         kingDanger += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
 433
 434         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 435         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 436
 437         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 438         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 439         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 440                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 441
 442         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 443         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 444
 445         // Enemy queen safe checks
 446         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 447             kingDanger += QueenCheck;
 448
 449         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
 450         // and only defended by a queen.
 451         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 452                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 453                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 454
 455         // Enemy rooks safe and other checks
 456         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 457             kingDanger += RookCheck;
 458
 459         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 460             score -= OtherCheck;
 461
 462         // Enemy bishops safe and other checks
 463         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 464             kingDanger += BishopCheck;
 465
 466         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 467             score -= OtherCheck;
 468
 469         // Enemy knights safe and other checks
 470         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 471         if (b & safe)
 472             kingDanger += KnightCheck;
 473
 474         else if (b & other)
 475             score -= OtherCheck;
 476
 477         // Compute the king danger score and subtract it from the evaluation
 478         if (kingDanger > 0)
 479             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
 480     }
 481
 482     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 483     File kf = file_of(ksq);
 484     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 485
 486     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 487     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 488
 489     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 490     // which are not defended by our pawns.
 491     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 492        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
 493
 494     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 495
 496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 497     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 498         score -= PawnlessFlank;
 499
 500     if (DoTrace)
 501         Trace::add(KING, Us, score);
 502
 503     return score;
 504   }
 505
 506
 507   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 508   // and the attacked pieces.
 509
 510   template<Color Us, bool DoTrace>
 511   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 512
 513     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 514     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 515     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 516     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 517     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
 518     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
 519
 520     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 521     Score score = SCORE_ZERO;
 522
 523     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 524     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 525         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 526         score += LooseEnemies;
 527
 528     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 529     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 530
 531     if (weak)
 532     {
 533         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 534                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 535
 536         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 537
 538         if (weak ^ safeThreats)
 539             score += ThreatByHangingPawn;
 540
 541         while (safeThreats)
 542             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 543     }
 544
 545     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 546     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 547
 548     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 549     weak =   pos.pieces(Them)
 550           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 551           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 552
 553     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 554     if (defended | weak)
 555     {
 556         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 557         while (b)
 558         {
 559             Square s = pop_lsb(&b);
 560             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 561             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 562                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 563         }
 564
 565         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 566         while (b)
 567         {
 568             Square s = pop_lsb(&b);
 569             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 570             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 571                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 572         }
 573
 574         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 575
 576         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 577         if (b)
 578             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 579     }
 580
 581     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 582     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 583     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 584
 585     b &=  ~pos.pieces()
 586         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 587         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 588
 589     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 590        &  pos.pieces(Them)
 591        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 592
 593     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 594
 595     if (DoTrace)
 596         Trace::add(THREAT, Us, score);
 597
 598     return score;
 599   }
 600
 601
 602   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 603
 604   template<Color Us, bool DoTrace>
 605   Score evaluate_passed_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.pi->passed_pawns(Us);
 613
 614     while (b)
 615     {
 616         Square s = pop_lsb(&b);
 617
 618         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 619         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
 620
 621         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 622         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 623
 624         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 625         int rr = r * (r - 1);
 626
 627         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 628
 629         if (rr)
 630         {
 631             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 632
 633             // Adjust bonus based on the king's proximity
 634             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 635                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 636
 637             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 638             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 639                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 640
 641             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 642             if (pos.empty(blockSq))
 643             {
 644                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 645                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 646                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 647                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 648
 649                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 650
 651                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 652                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 653
 654                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 655                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 656
 657                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 658                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 659                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 660
 661                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 662                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 663                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 664                     k += 6;
 665
 666                 else if (defendedSquares & blockSq)
 667                     k += 4;
 668
 669                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 670             }
 671             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 672                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 673         } // rr != 0
 674
 675         // Assign a small bonus when the opponent has no pieces left
 676         if (!pos.non_pawn_material(Them))
 677             ebonus += 20;
 678
 679         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 680     }
 681
 682     if (DoTrace)
 683         Trace::add(PASSED, Us, score);
 684
 685     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 686     return score;
 687   }
 688
 689
 690   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 691   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 692   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 693   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 694   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 695   // improve play on game opening.
 696   template<Color Us>
 697   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 698
 699     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 700     const Bitboard SpaceMask =
 701       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 702                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 703
 704     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 705     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 706     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 707     Bitboard safe =   SpaceMask
 708                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 709                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 710                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 711
 712     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 713     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 714     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 715     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 716
 717     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 718     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 719
 720     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 721     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 722     bonus = std::min(16, bonus);
 723     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pi->open_files();
 724
 725     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
 726   }
 727
 728
 729   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 730   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 731   // status of the players.
 732   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 733
 734     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 735                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 736     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 737
 738     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 739     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 740
 741     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 742     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 743     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 744     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 745
 746     return make_score(0, value);
 747   }
 748
 749
 750   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 751   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 752
 753     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 754     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 755
 756     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 757     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 758     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 759         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 760     {
 761         if (pos.opposite_bishops())
 762         {
 763             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 764             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 765             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 766                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 767                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 768
 769             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 770             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 771             else
 772                 sf = ScaleFactor(46);
 773         }
 774         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 775         // pawns are drawish.
 776         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 777                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 778                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 779             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 780     }
 781
 782     return sf;
 783   }
 784
 785 } // namespace
 786
 787
 788 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 789 /// of the position from the point of view of the side to move.
 790
 791 template<bool DoTrace>
 792 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 793
 794   assert(!pos.checkers());
 795
 796   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 797   EvalInfo ei;
 798
 799   // Probe the material hash table
 800   ei.me = Material::probe(pos);
 801
 802   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 803   // configuration, call it and return.
 804   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 805       return ei.me->evaluate(pos);
 806
 807   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 808   // the position object (material + piece square tables) and the material
 809   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 810   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
 811
 812   // Probe the pawn hash table
 813   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 814   score += ei.pi->pawns_score();
 815
 816   // Initialize attack and king safety bitboards
 817   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 818   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
 819   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
 820   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 821   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 822
 823   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 824   Bitboard blockedPawns[] = {
 825     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift<SOUTH>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 826     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift<NORTH>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 827   };
 828
 829   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 830   // by our blocked pawns or king.
 831   Bitboard mobilityArea[] = {
 832     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 833     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 834   };
 835
 836   // Evaluate all pieces but king and pawns
 837   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 838   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 839
 840   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 841   // information when computing the king safety evaluation.
 842   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 843           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 844
 845   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 846   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 847           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 848
 849   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 850   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 851           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 852
 853   // Evaluate space for both sides, only during opening
 854   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 855       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 856               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 857
 858   // Evaluate position potential for the winning side
 859   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 860
 861   // Evaluate scale factor for the winning side
 862   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 863
 864   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 865   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 866            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 867
 868   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 869
 870   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 871   if (DoTrace)
 872   {
 873       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 874       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 875       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 876       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 877       if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 878           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 879                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 880       Trace::add(TOTAL, score);
 881   }
 882
 883   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 884 }
 885
 886 // Explicit template instantiations
 887 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 888 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 889
 890
 891 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 892 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 893 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 894
 895 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 896
 897   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 898
 899   Value v = evaluate<true>(pos);
 900   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 901
 902   std::stringstream ss;
 903   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 904      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 905      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 906      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 907      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 908      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 909      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 910      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 911      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 912      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 913      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 914      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 915      << "    King safety | " << Term(KING)
 916      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 917      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 918      << "          Space | " << Term(SPACE)
 919      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 920      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 921
 922   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 923
 924   return ss.str();
 925 }