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 "bitcount.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     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  81     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  82     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  83     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  84     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  85     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  86     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  87
  88     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  89     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  90     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  91
  92     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  93     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  94     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  95     // KingAttackWeights array.
  96     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  97
  98     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  99     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 100     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 101     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 102     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 103     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 104
 105     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 106     Material::Entry* me;
 107     Pawns::Entry* pi;
 108   };
 109
 110   #define V(v) Value(v)
 111   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 112
 113   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 114   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 115   const Score MobilityBonus[][32] = {
 116     {}, {},
 117     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 118       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 119     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 120       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 121       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 122     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 123       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 124       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 125     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 126       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 127       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 128       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 129       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 130   };
 131
 132   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 133   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 134   const Score Outpost[][2] = {
 135     { S(42,11), S(63,17) }, // Knights
 136     { S(18, 5), S(27, 8) }  // Bishops
 137   };
 138
 139   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 140   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 141   // if outpost square is supported by a pawn.
 142   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 143     { S(21, 5), S(31, 8) }, // Knights
 144     { S( 8, 2), S(13, 4) }  // Bishops
 145   };
 146
 147   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 148   // friendly pawn on the rook file.
 149   const Score RookOnFile[2] = { S(19, 10), S(43, 21) };
 150
 151   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 152   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 153   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 154     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
 155
 156   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 157   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 158   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 159   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 160     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 161     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 162   };
 163
 164   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 165   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 166   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 167
 168   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 169   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 170   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 171     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 172     { V(7), V(14), V(38), V(64), V(137), V(193) }
 173   };
 174
 175   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 176   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 177     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 178     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 179   };
 180
 181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 182   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 183   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 184   const Score RookOnPawn          = S( 7, 27);
 185   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 186   const Score Checked             = S(20, 20);
 187   const Score ThreatByHangingPawn = S(70, 63);
 188   const Score Hanging             = S(48, 28);
 189   const Score ThreatByPawnPush    = S(31, 19);
 190   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 191
 192   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 193   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 194   // happen in Chess960 games.
 195   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 196
 197   #undef S
 198   #undef V
 199
 200   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 201   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 202   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 203   // index to KingDanger[].
 204   Score KingDanger[512];
 205
 206   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 207   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 208
 209   // Penalties for enemy's safe checks
 210   const int QueenContactCheck = 89;
 211   const int QueenCheck        = 50;
 212   const int RookCheck         = 45;
 213   const int BishopCheck       = 6;
 214   const int KnightCheck       = 14;
 215
 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 Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 225
 226     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 227     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 228     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 229     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 230
 231     // Init king safety tables only if we are going to use them
 232     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 233     {
 234         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 235         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 236         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 237         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 238     }
 239     else
 240         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 241   }
 242
 243
 244   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 245   // color and type.
 246
 247   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 248   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 249                         const Bitboard* mobilityArea) {
 250     Bitboard b, bb;
 251     Square s;
 252     Score score = SCORE_ZERO;
 253
 254     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 255     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 256     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 257                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 258     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 259
 260     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 261
 262     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 263     {
 264         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 265         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 266           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 267                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 268
 269         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 270             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 271
 272         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 273
 274         if (b & ei.kingRing[Them])
 275         {
 276             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 277             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 278             bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 279             if (bb)
 280                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 281         }
 282
 283         if (Pt == QUEEN)
 284             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 285                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 286                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 287
 288         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
 289
 290         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 291
 292         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 293         {
 294             // Bonus for outpost squares
 295             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 296             if (bb & s)
 297                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 298             else
 299             {
 300                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 301                 if (bb)
 302                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 303             }
 304
 305             // Bonus when behind a pawn
 306             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 307                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 308                 score += MinorBehindPawn;
 309
 310             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 311             if (Pt == BISHOP)
 312                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 313
 314             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 315             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 316             // when that pawn is also blocked.
 317             if (   Pt == BISHOP
 318                 && pos.is_chess960()
 319                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 320             {
 321                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 322                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 323                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 324                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 325                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 326             }
 327         }
 328
 329         if (Pt == ROOK)
 330         {
 331             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 333             {
 334                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 335                 if (alignedPawns)
 336                     score += RookOnPawn * popcount<Max15>(alignedPawns);
 337             }
 338
 339             // Bonus when on an open or semi-open file
 340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 341                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 342
 343             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 344             else if (mob <= 3)
 345             {
 346                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 347
 348                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 349                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 350                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 351                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 352             }
 353         }
 354     }
 355
 356     if (DoTrace)
 357         Trace::add(Pt, Us, score);
 358
 359     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 360     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 361   }
 362
 363   template<>
 364   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 365   template<>
 366   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 367
 368
 369   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 370
 371   template<Color Us, bool DoTrace>
 372   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 373
 374     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 375
 376     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 377     int attackUnits;
 378     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 379
 380     // King shelter and enemy pawns storm
 381     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 382
 383     // Main king safety evaluation
 384     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 385     {
 386         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 387         // apart from the king itself.
 388         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 389                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 390                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 391                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 392                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 393
 394         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 395         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 396         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 397         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 398         // the pawn shelter (current 'score' value).
 399         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 400                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 401                      + 27 * popcount<Max15>(undefended)
 402                      + 11 * !!ei.pinnedPieces[Us]
 403                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 404                      - mg_value(score) / 8;
 405
 406         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 407         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 408         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 409         if (b)
 410         {
 411             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 412             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 413                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
 414                 | ei.attackedBy[Them][KING];
 415
 416             if (b)
 417                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 418         }
 419
 420         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 421         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 422
 423         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 424         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 425
 426         // Enemy queen safe checks
 427         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN])
 428             attackUnits += QueenCheck, score -= Checked;
 429
 430         // Enemy rooks safe checks
 431         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK])
 432             attackUnits += RookCheck, score -= Checked;
 433
 434         // Enemy bishops safe checks
 435         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP])
 436             attackUnits += BishopCheck, score -= Checked;
 437
 438         // Enemy knights safe checks
 439         if (pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe)
 440             attackUnits += KnightCheck, score -= Checked;
 441
 442         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 443         // array and subtract the score from the evaluation.
 444         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 445     }
 446
 447     if (DoTrace)
 448         Trace::add(KING, Us, score);
 449
 450     return score;
 451   }
 452
 453
 454   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 455   // and the attacked pieces.
 456
 457   template<Color Us, bool DoTrace>
 458   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 459
 460     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 461     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 462     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 463     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 464     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 465     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 466
 467     enum { Minor, Rook };
 468
 469     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 470     Score score = SCORE_ZERO;
 471
 472     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 473     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 474
 475     if (weak)
 476     {
 477         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 478                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 479
 480         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 481
 482         if (weak ^ safeThreats)
 483             score += ThreatByHangingPawn;
 484
 485         while (safeThreats)
 486             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 487     }
 488
 489     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 490     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 491
 492     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 493     weak =   pos.pieces(Them)
 494           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 495           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 496
 497     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 498     if (defended | weak)
 499     {
 500         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 501         while (b)
 502             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 503
 504         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 505         while (b)
 506             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 507
 508         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 509         if (b)
 510             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
 511
 512         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 513         if (b)
 514             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 515     }
 516
 517     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 518     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 519     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 520
 521     b &=  ~pos.pieces()
 522         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 523         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 524
 525     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 526        &  pos.pieces(Them)
 527        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 528
 529     if (b)
 530         score += ThreatByPawnPush * popcount<Max15>(b);
 531
 532     if (DoTrace)
 533         Trace::add(THREAT, Us, score);
 534
 535     return score;
 536   }
 537
 538
 539   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 540
 541   template<Color Us, bool DoTrace>
 542   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 543
 544     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 545
 546     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 547     Score score = SCORE_ZERO;
 548
 549     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 550
 551     while (b)
 552     {
 553         Square s = pop_lsb(&b);
 554
 555         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 556
 557         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 558         int rr = r * (r - 1);
 559
 560         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 561
 562         if (rr)
 563         {
 564             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 565
 566             // Adjust bonus based on the king's proximity
 567             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 568                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 569
 570             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 571             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 572                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 573
 574             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 575             if (pos.empty(blockSq))
 576             {
 577                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 578                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 579                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 580                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 581
 582                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 583
 584                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 585                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 586
 587                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 588                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 589
 590                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 591                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 592                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 593
 594                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 595                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 596                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 597                     k += 6;
 598
 599                 else if (defendedSquares & blockSq)
 600                     k += 4;
 601
 602                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 603             }
 604             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 605                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 606         } // rr != 0
 607
 608         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 609             ebonus += ebonus / 4;
 610
 611         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 612     }
 613
 614     if (DoTrace)
 615         Trace::add(PASSED, Us, score);
 616
 617     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 618     return score;
 619   }
 620
 621
 622   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 623   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 624   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 625   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 626   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 627   // improve play on game opening.
 628   template<Color Us>
 629   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 630
 631     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 632     const Bitboard SpaceMask =
 633       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 634                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 635
 636     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 637     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 638     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 639     Bitboard safe =   SpaceMask
 640                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 641                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 642                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 643
 644     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 645     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 646     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 647     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 648
 649     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 650     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 651
 652     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 653     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 654     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 655                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 656
 657     return make_score(bonus * weight * weight * 2 / 11, 0);
 658   }
 659
 660
 661   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 662   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 663   // status of the players.
 664   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 665
 666     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 667                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 668     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 669
 670     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 671     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 672
 673     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 674     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 675     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 676     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 677
 678     return make_score(0, value);
 679   }
 680
 681
 682   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 683   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 684
 685     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 686     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 687
 688     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 689     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 690     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 691         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 692     {
 693         if (pos.opposite_bishops())
 694         {
 695             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 696             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 697             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 698                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 699                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 700
 701             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 702             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 703             else
 704                 sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 705         }
 706         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 707         // pawns are drawish.
 708         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 709                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 710                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 711             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
 712     }
 713
 714     return sf;
 715   }
 716
 717 } // namespace
 718
 719
 720 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 721 /// of the position from the point of view of the side to move.
 722
 723 template<bool DoTrace>
 724 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 725
 726   assert(!pos.checkers());
 727
 728   EvalInfo ei;
 729   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 730
 731   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 732   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
 733   // internally from the white point of view.
 734   score = pos.psq_score();
 735
 736   // Probe the material hash table
 737   ei.me = Material::probe(pos);
 738   score += ei.me->imbalance();
 739
 740   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 741   // configuration, call it and return.
 742   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 743       return ei.me->evaluate(pos);
 744
 745   // Probe the pawn hash table
 746   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 747   score += ei.pi->pawns_score();
 748
 749   // Initialize attack and king safety bitboards
 750   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 751   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 752   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 753
 754   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 755   Bitboard blockedPawns[] = {
 756     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 757     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 758   };
 759
 760   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 761   // by our blocked pawns or king.
 762   Bitboard mobilityArea[] = {
 763     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 764     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 765   };
 766
 767   // Evaluate all pieces but king and pawns
 768   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 769   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 770
 771   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 772   // information when computing the king safety evaluation.
 773   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 774           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 775
 776   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 777   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 778           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 779
 780   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 781   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 782           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 783
 784   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 785   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 786   {
 787       Bitboard b;
 788       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 789           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 790
 791       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 792           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 793   }
 794
 795   // Evaluate space for both sides, only during opening
 796   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 797       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 798               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 799
 800   // Evaluate position potential for the winning side
 801   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 802
 803   // Evaluate scale factor for the winning side
 804   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 805
 806   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 807   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 808            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 809
 810   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 811
 812   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 813   if (DoTrace)
 814   {
 815       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 816       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 817       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 818       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 819       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 820                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 821       Trace::add(TOTAL, score);
 822   }
 823
 824   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 825 }
 826
 827 // Explicit template instantiations
 828 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 829 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 830
 831
 832 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 833 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 834 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 835
 836 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 837
 838   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 839
 840   Value v = evaluate<true>(pos);
 841   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 842
 843   std::stringstream ss;
 844   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 845      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 846      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 847      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 848      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 849      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 850      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 851      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 852      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 853      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 854      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 855      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 856      << "    King safety | " << Term(KING)
 857      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 858      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 859      << "          Space | " << Term(SPACE)
 860      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 861      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 862
 863   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 864
 865   return ss.str();
 866 }
 867
 868
 869 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 870
 871 void Eval::init() {
 872
 873   const int MaxSlope = 322;
 874   const int Peak = 47410;
 875   int t = 0;
 876
 877   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 878   {
 879       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
 880       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
 881   }
 882 }