Remove HistoryStats
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 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 }