Retire 'os' flag from Makefile
[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
507     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
508               &  ei.attackedBy[Them][PAWN];
509
510     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
511     if (defended)
512     {
513         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
514         while (b)
515             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
516
517         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
518         while (b)
519             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
520     }
521
522     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
523     weak =   pos.pieces(Them)
524           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
525           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
526
527     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
528     if (weak)
529     {
530         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
531         while (b)
532             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
533
534         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
535         while (b)
536             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
537
538         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
539         if (b)
540             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
541
542         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
543         if (b)
544             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
545     }
546
547     if (Trace)
548         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
549
550     return score;
551   }
552
553
554   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
555
556   template<Color Us, bool Trace>
557   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
558
559     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
560
561     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
562     Score score = SCORE_ZERO;
563
564     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
565
566     while (b)
567     {
568         Square s = pop_lsb(&b);
569
570         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
571
572         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
573         int rr = r * (r - 1);
574
575         // Base bonus based on rank
576         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
577
578         if (rr)
579         {
580             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
581
582             // Adjust bonus based on the king's proximity
583             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
584                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
585
586             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
587             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
588                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
589
590             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
591             if (pos.empty(blockSq))
592             {
593                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
594                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
595                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
596                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
597
598                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
599
600                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
601                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
602
603                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
604                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
605
606                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
607                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
608                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
609
610                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
611                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
612                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
613                     k += 6;
614
615                 else if (defendedSquares & blockSq)
616                     k += 4;
617
618                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
619             }
620             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
621                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
622         } // rr != 0
623
624         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
625             ebonus += ebonus / 4;
626
627         score += make_score(mbonus, ebonus);
628     }
629
630     if (Trace)
631         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
632
633     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
634     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
635   }
636
637
638   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
639   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
640   // possibility that pawns are unstoppable.
641
642   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
643
644     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
645
646     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
647   }
648
649
650   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
651   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
652   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
653   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
654   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
655   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
656   template<Color Us>
657   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
658
659     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
660
661     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
662     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
663     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
664     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
665                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
666                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
667                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
668
669     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
670     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
671     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
672     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
673
674     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
675     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
676
677     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
678     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
679   }
680
681
682   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
683
684   template<bool Trace>
685   Value do_evaluate(const Position& pos) {
686
687     assert(!pos.checkers());
688
689     EvalInfo ei;
690     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
691     Thread* thisThread = pos.this_thread();
692
693     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
694     // in the position object (material + piece square tables).
695     // Score is computed from the point of view of white.
696     score = pos.psq_score();
697
698     // Probe the material hash table
699     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
700     score += ei.mi->material_value();
701
702     // If we have a specialized evaluation function for the current material
703     // configuration, call it and return.
704     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
705         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
706
707     // Probe the pawn hash table
708     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
709     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
710
711     // Initialize attack and king safety bitboards
712     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
713     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
714
715     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
716     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
717
718     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
719     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
720                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
721
722     // Evaluate pieces and mobility
723     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
724     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
725
726     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
727     // information when computing the king safety evaluation.
728     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
729             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
730
731     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
732     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
733             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
734
735     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
736     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
737             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
738
739     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
740     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
741         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
742                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
743
744     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
745     if (ei.mi->space_weight())
746     {
747         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
748         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
749     }
750
751     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
752     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
753     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
754
755     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
756     // types of endgames, and use a lower scale for those.
757     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
758         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
759     {
760         if (pos.opposite_bishops())
761         {
762             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
763             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
764             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
765                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
766                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
767
768             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
769             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
770             else
771                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
772         }
773         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
774         // pawns are drawish.
775         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
776                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
777                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
778                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
779     }
780
781     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
782     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
783              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
784
785     v /= int(PHASE_MIDGAME);
786
787     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
788     if (Trace)
789     {
790         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
791         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
792         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
793         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
794                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
795         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
796         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
797         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
798         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
799         Tracing::ei = ei;
800         Tracing::sf = sf;
801     }
802
803     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
804   }
805
806
807   // Tracing function definitions
808
809   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
810
811   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
812
813   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
814
815     write(idx, WHITE, w);
816     write(idx, BLACK, b);
817   }
818
819   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
820
821     Score wScore = scores[WHITE][idx];
822     Score bScore = scores[BLACK][idx];
823
824     switch (idx) {
825     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
826         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
827            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
828            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
829         break;
830     default:
831         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
832            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
833            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
834            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
835            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
836            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
837            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
838     }
839   }
840
841   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
842
843     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
844
845     Value v = do_evaluate<true>(pos);
846     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
847
848     std::stringstream ss;
849     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
850        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
851        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
852        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
853
854     print(ss, "Material", MATERIAL);
855     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
856     print(ss, "Pawns", PAWN);
857     print(ss, "Knights", KNIGHT);
858     print(ss, "Bishops", BISHOP);
859     print(ss, "Rooks", ROOK);
860     print(ss, "Queens", QUEEN);
861     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
862     print(ss, "King safety", KING);
863     print(ss, "Threats", THREAT);
864     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
865     print(ss, "Space", SPACE);
866
867     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
868     print(ss, "Total", TOTAL);
869
870     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
871
872     return ss.str();
873   }
874
875 } // namespace
876
877
878 namespace Eval {
879
880   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
881   /// of the position always from the point of view of the side to move.
882
883   Value evaluate(const Position& pos) {
884     return do_evaluate<false>(pos);
885   }
886
887
888   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
889   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
890   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
891   /// debugging.
892   std::string trace(const Position& pos) {
893     return Tracing::do_trace(pos);
894   }
895
896
897   /// init() computes evaluation weights.
898
899   void init() {
900
901     const double MaxSlope = 30;
902     const double Peak = 1280;
903
904     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
905     {
906         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
907         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
908     }
909   }
910
911 } // namespace Eval