Fix some comments
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30
31 namespace {
32
33   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
34   // by the evaluation functions.
35   struct EvalInfo {
36
37     // Pointers to material and pawn hash table entries
38     Material::Entry* mi;
39     Pawns::Entry* pi;
40
41     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
42     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
43     // contains all squares attacked by the given color.
44     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
45
46     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
47     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
48     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
49     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
50     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
51     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
52     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
53
54     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
55     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
56     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
57
58     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
59     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
60     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
61     // KingAttackWeights array.
62     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
63
64     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
65     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
66     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
67     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
68     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
69     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
70
71     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
72   };
73
74   namespace Tracing {
75
76     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
77       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
78     };
79
80     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
81     EvalInfo ei;
82     ScaleFactor sf;
83
84     double to_cp(Value v);
85     void write(int idx, Color c, Score s);
86     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
87     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
88     std::string do_trace(const Position& pos);
89   }
90
91   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
92   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
93   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
94     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
95   };
96
97   typedef Value V;
98   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
99
100   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
101   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
102   // friendly pieces.
103   const Score MobilityBonus[][32] = {
104     {}, {},
105     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
106       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
107     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
108       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
109       S( 84, 79), S( 86, 81) },
110     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
111       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
112       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
113     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
114       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
115       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
116       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
118   };
119
120   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
121   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
122   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
123   {// A     B     C     D     E     F     G     H
124     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
126     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
127     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
128     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
129     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
130   {
131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
134     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
135     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
136     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
137   };
138
139   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
140   // bonuses according to which piece type attacks which one.
141   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
142   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
143     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
144   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
145     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
146   };
147
148   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
149   // type is attacked by an enemy pawn.
150   const Score ThreatenedByPawn[] = {
151     S(0, 0), S(0, 0), S(87, 118), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
155   const Score KingOnOne        = S( 2, 58);
156   const Score KingOnMany       = S( 6,125);
157   const Score RookOnPawn       = S( 7, 27);
158   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
159   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
160   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
161   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
162   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
163   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
164   const Score Hanging          = S(31, 26);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
170
171   #undef S
172
173   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
174   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
175   // based on how many squares inside this area are safe and available for
176   // friendly minor pieces.
177   const Bitboard SpaceMask[] = {
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
179     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
180   };
181
182   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
183   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
184   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
185   // index to KingDanger[].
186   //
187   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
188   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
189
190   // Bonuses for enemy's safe checks
191   const int QueenContactCheck = 24;
192   const int RookContactCheck  = 16;
193   const int QueenCheck        = 12;
194   const int RookCheck         = 8;
195   const int BishopCheck       = 2;
196   const int KnightCheck       = 3;
197
198   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
199   // scores, indexed by a calculated integer number.
200   Score KingDanger[128];
201
202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
205   }
206
207
208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
210
211   template<Color Us>
212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
213
214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
216
217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
218
219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221
222     // Init king safety tables only if we are going to use them
223     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
224     {
225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
229     }
230     else
231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
232   }
233
234
235   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
236
237   template<PieceType Pt, Color Us>
238   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
239
240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
241
242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
243
244     // Initial bonus based on square
245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
246
247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
250     {
251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
253             bonus += bonus + bonus / 2;
254         else
255             bonus += bonus / 2;
256     }
257
258     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
259   }
260
261
262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
263
264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
266
267     Bitboard b;
268     Square s;
269     Score score = SCORE_ZERO;
270
271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
274
275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
286
287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
288
289         if (b & ei.kingRing[Them])
290         {
291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
294             if (bb)
295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
296         }
297
298         if (Pt == QUEEN)
299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
302
303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Penalty for bishop with same colored pawns
316             if (Pt == BISHOP)
317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
318
319             // Bishop and knight outpost square
320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
321                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
322
323             // Bishop or knight behind a pawn
324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
326                 score += MinorBehindPawn;
327         }
328
329         if (Pt == ROOK)
330         {
331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
333             {
334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
335                 if (pawns)
336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
337             }
338
339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
342
343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 continue;
345
346             Square ksq = pos.king_square(Us);
347
348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
349             // king has lost its castling capability.
350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
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         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
358         // when that pawn is also blocked.
359         if (   Pt == BISHOP
360             && pos.is_chess960()
361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
362         {
363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
368         }
369     }
370
371     if (Trace)
372         Tracing::write(Pt, Us, score);
373
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
416                      - mg_value(score) / 32
417                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
418
419         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
420         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
421         // queen...
422         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
423         if (b)
424         {
425             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
426             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
427                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
428
429             if (b)
430                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
431         }
432
433         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
434         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
435         // rooks...
436         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
437
438         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
439         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
440
441         if (b)
442         {
443             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
444             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
445                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
446
447             if (b)
448                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
449         }
450
451         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
452         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
453
454         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
455         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
456
457         // Enemy queen safe checks
458         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
459         if (b)
460             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
461
462         // Enemy rooks safe checks
463         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
464         if (b)
465             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
466
467         // Enemy bishops safe checks
468         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
469         if (b)
470             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
471
472         // Enemy knights safe checks
473         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
474         if (b)
475             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
476
477         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
478         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
479
480         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
481         // array and subtract the score from evaluation.
482         score -= KingDanger[attackUnits];
483     }
484
485     if (Trace)
486         Tracing::write(KING, Us, score);
487
488     return score;
489   }
490
491
492   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
493   // and the type of attacked one.
494
495   template<Color Us, bool Trace>
496   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
497
498     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
499
500     enum { Defended, Weak };
501     enum { Minor, Major };
502
503     Bitboard b, weak, defended;
504     Score score = SCORE_ZERO;
505
506     // Non-pawn enemies defended by a pawn and under our attack
507     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
508               &  ei.attackedBy[Them][PAWN]
509               & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]);
510
511     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
512     if (defended)
513     {
514         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
515         while (b)
516             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
517
518         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
519         while (b)
520             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
521     }
522
523     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
524     weak =   pos.pieces(Them)
525           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
526           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
527
528     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
529     if (weak)
530     {
531         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
532         while (b)
533             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
534
535         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
536         while (b)
537             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
538
539         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
540         if (b)
541             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
542
543         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
544         if (b)
545             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
546     }
547
548     if (Trace)
549         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
550
551     return score;
552   }
553
554
555   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
556
557   template<Color Us, bool Trace>
558   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
559
560     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
561
562     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
563     Score score = SCORE_ZERO;
564
565     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
566
567     while (b)
568     {
569         Square s = pop_lsb(&b);
570
571         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
572
573         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
574         int rr = r * (r - 1);
575
576         // Base bonus based on rank
577         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
578
579         if (rr)
580         {
581             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
582
583             // Adjust bonus based on the king's proximity
584             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
585                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
586
587             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
588             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
589                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
590
591             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
592             if (pos.empty(blockSq))
593             {
594                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
595                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
596                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
597                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
598
599                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
600
601                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
602                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
603
604                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
605                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
606
607                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
608                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
609                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
610
611                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
612                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
613                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
614                     k += 6;
615
616                 else if (defendedSquares & blockSq)
617                     k += 4;
618
619                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
620             }
621             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
622                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
623         } // rr != 0
624
625         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
626             ebonus += ebonus / 4;
627
628         score += make_score(mbonus, ebonus);
629     }
630
631     if (Trace)
632         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
633
634     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
635     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
636   }
637
638
639   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
640   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
641   // possibility that pawns are unstoppable.
642
643   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
644
645     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
646
647     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
648   }
649
650
651   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
652   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
653   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
654   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
655   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
656   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
657   template<Color Us>
658   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
659
660     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
661
662     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
663     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
664     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
665     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
666                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
667                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
668                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
669
670     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
671     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
672     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
673     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
674
675     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
676     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
677
678     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
679     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
680   }
681
682
683   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
684
685   template<bool Trace>
686   Value do_evaluate(const Position& pos) {
687
688     assert(!pos.checkers());
689
690     EvalInfo ei;
691     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
692     Thread* thisThread = pos.this_thread();
693
694     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
695     // in the position object (material + piece square tables).
696     // Score is computed from the point of view of white.
697     score = pos.psq_score();
698
699     // Probe the material hash table
700     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
701     score += ei.mi->material_value();
702
703     // If we have a specialized evaluation function for the current material
704     // configuration, call it and return.
705     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
706         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
707
708     // Probe the pawn hash table
709     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
710     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
711
712     // Initialize attack and king safety bitboards
713     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
714     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
715
716     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
717     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
718
719     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
720     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
721                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
722
723     // Evaluate pieces and mobility
724     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
725     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
726
727     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
728     // information when computing the king safety evaluation.
729     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
730             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
731
732     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
733     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
734             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
735
736     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
737     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
738             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
739
740     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
741     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
742         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
743                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
744
745     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
746     if (ei.mi->space_weight())
747     {
748         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
749         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
750     }
751
752     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
753     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
754     ScaleFactor sf = ei.mi->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.mi->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 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(32) : ScaleFactor(8);
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(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
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_value(score)) <= BishopValueEg
777                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
778                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
779                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
780     }
781
782     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
783     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
784              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
785
786     v /= int(PHASE_MIDGAME);
787
788     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
789     if (Trace)
790     {
791         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
792         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
793         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
794         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
795                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
796         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
797         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
798         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
799         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
800         Tracing::ei = ei;
801         Tracing::sf = sf;
802     }
803
804     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
805   }
806
807
808   // Tracing function definitions
809
810   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
811
812   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
813
814   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
815
816     write(idx, WHITE, w);
817     write(idx, BLACK, b);
818   }
819
820   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
821
822     Score wScore = scores[WHITE][idx];
823     Score bScore = scores[BLACK][idx];
824
825     switch (idx) {
826     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
827         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
828            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
829            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
830         break;
831     default:
832         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
833            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
834            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
835            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
836            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
837            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
838            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
839     }
840   }
841
842   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
843
844     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
845
846     Value v = do_evaluate<true>(pos);
847     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
848
849     std::stringstream ss;
850     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
851        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
852        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
853        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
854
855     print(ss, "Material", MATERIAL);
856     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
857     print(ss, "Pawns", PAWN);
858     print(ss, "Knights", KNIGHT);
859     print(ss, "Bishops", BISHOP);
860     print(ss, "Rooks", ROOK);
861     print(ss, "Queens", QUEEN);
862     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
863     print(ss, "King safety", KING);
864     print(ss, "Threats", THREAT);
865     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
866     print(ss, "Space", SPACE);
867
868     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
869     print(ss, "Total", TOTAL);
870
871     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
872
873     return ss.str();
874   }
875
876 } // namespace
877
878
879 namespace Eval {
880
881   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
882   /// of the position always from the point of view of the side to move.
883
884   Value evaluate(const Position& pos) {
885     return do_evaluate<false>(pos);
886   }
887
888
889   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
890   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
891   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
892   /// debugging.
893   std::string trace(const Position& pos) {
894     return Tracing::do_trace(pos);
895   }
896
897
898   /// init() computes evaluation weights.
899
900   void init() {
901
902     const double MaxSlope = 30;
903     const double Peak = 1280;
904
905     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
906     {
907         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
908         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
909     }
910   }
911
912 } // namespace Eval