Asymmetry bonus for the attacking side
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
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 <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30
31 namespace {
32
33   namespace Trace {
34
35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
37     };
38
39     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
40
41     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
42
43     void add(int idx, Color c, Score s) {
44       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
45       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
46     }
47
48     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
49       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
50     }
51
52     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
53
54       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
55           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
56       else
57           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
58              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
59              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
61
62       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
63          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
64
65       return os;
66     }
67   }
68
69   using namespace Trace;
70
71   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
72   // by the evaluation functions.
73   struct EvalInfo {
74
75     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
76     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
77     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
78
79     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
80     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
81     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
82     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
83     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
84     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
85     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
86
87     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
88     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
89     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
90
91     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
92     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
93     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
94     // KingAttackWeights array.
95     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
96
97     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
98     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
99     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
100     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
101     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
102     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
103
104     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
105     Pawns::Entry* pi;
106   };
107
108
109   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
110   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
111
112   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
113     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
114   };
115
116   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
117     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
118   }
119
120
121   #define V(v) Value(v)
122   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
123
124   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
125   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
126   // friendly pieces.
127   const Score MobilityBonus[][32] = {
128     {}, {},
129     { S(-68,-49), S(-46,-33), S(-3,-12), S( 5, -4), S( 9, 11), S(15, 16), // Knights
130       S( 23, 27), S( 33, 28), S(37, 29) },
131     { S(-49,-44), S(-23,-16), S(16,  1), S(29, 16), S(40, 25), S(51, 34), // Bishops
132       S( 55, 43), S( 61, 49), S(64, 51), S(68, 52), S(73, 55), S(75, 60),
133       S( 80, 65), S( 86, 66) },
134     { S(-50,-57), S(-28,-22), S(-11, 7), S(-1, 29), S( 0, 39), S( 1, 46), // Rooks
135       S( 10, 66), S( 16, 79), S(22, 86), S(23,103), S(30,109), S(33,111),
136       S( 37,115), S( 38,119), S(48,124) },
137     { S(-43,-30), S(-27,-15), S( 1, -5), S( 2, -3), S(14, 10), S(18, 24), // Queens
138       S( 20, 27), S( 33, 37), S(33, 38), S(34, 43), S(40, 46), S(43, 56),
139       S( 46, 61), S( 52, 63), S(52, 63), S(57, 65), S(60, 70), S(61, 74),
140       S( 67, 80), S( 76, 82), S(77, 88), S(82, 94), S(86, 95), S(90, 96),
141       S( 94, 99), S( 96,100), S(99,111), S(99,112) }
142   };
143
144   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
145   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
146   const Score Outpost[][2] = {
147     { S(42,11), S(63,17) }, // Knights
148     { S(18, 5), S(27, 8) }  // Bishops
149   };
150
151   // Threat[defended/weak][minor/rook attacking][attacked PieceType] contains
152   // bonuses according to which piece type attacks which one.
153   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
154   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Minor on Defended
155     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Rook on Defended
156   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Minor on Weak
157     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Rook on Weak
158   };
159
160   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
161   // type is attacked by an enemy pawn.
162   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
163     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
164   };
165
166   // Passed[mg/eg][rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
167   // We don't use a Score because we process the two components independently.
168   const Value Passed[][RANK_NB] = {
169     { V(0), V( 1), V(34), V(90), V(214), V(328) },
170     { V(7), V(14), V(37), V(63), V(134), V(189) }
171   };
172
173   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn.
174   const Score PassedFile[] = {
175     S( 14,  13), S( 2,  5), S(-3, -4), S(-19, -14),
176     S(-19, -14), S(-3, -4), S( 2,  5), S( 14,  13)
177   };
178
179   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
180
181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
182   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
183   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
184   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
185   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
186   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
187   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
188   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
189   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
190   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
191   const Score Hanging            = S(31, 26);
192   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
193   const Score Checked            = S(20, 20);
194
195   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
196   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
197   // happen in Chess960 games.
198   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
199
200   #undef S
201   #undef V
202
203   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
204   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
205   // based on how many squares inside this area are safe and available for
206   // friendly minor pieces.
207   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
208     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
209     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
210   };
211
212   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
213   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
214   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
215   // index to KingDanger[].
216   Score KingDanger[512];
217
218   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
219   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
220
221   // Penalties for enemy's safe checks
222   const int QueenContactCheck = 89;
223   const int QueenCheck        = 50;
224   const int RookCheck         = 45;
225   const int BishopCheck       = 6;
226   const int KnightCheck       = 14;
227
228
229   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
230   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
231
232   template<Color Us>
233   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
234
235     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
236     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
237
238     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
239     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
240     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
241     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
242
243     // Init king safety tables only if we are going to use them
244     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
245     {
246         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
247         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
248         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
249         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
250     }
251     else
252         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
253   }
254
255
256   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
257
258   template<PieceType Pt, Color Us, bool DoTrace>
259   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, const Bitboard* mobilityArea) {
260
261     Bitboard b;
262     Square s;
263     Score score = SCORE_ZERO;
264
265     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
266     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
267     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
268
269     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
270
271     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
272     {
273         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
274         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
275           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
276                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
277
278         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
279             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
280
281         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
282
283         if (b & ei.kingRing[Them])
284         {
285             ei.kingAttackersCount[Us]++;
286             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
287             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
288             if (bb)
289                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
290         }
291
292         if (Pt == QUEEN)
293             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
294                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
295                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
296
297         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
298
299         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
300
301         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
302         {
303             // Bonus for outpost square
304             if (   relative_rank(Us, s) >= RANK_4
305                 && relative_rank(Us, s) <= RANK_6
306                 && !(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
307                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
308
309             // Bonus when behind a pawn
310             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
311                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
312                 score += MinorBehindPawn;
313
314             // Penalty for pawns on same color square of bishop
315             if (Pt == BISHOP)
316                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
317
318             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
319             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
320             // when that pawn is also blocked.
321             if (   Pt == BISHOP
322                 && pos.is_chess960()
323                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
324             {
325                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
326                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
327                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
328                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
329                                                                               : TrappedBishopA1H1;
330             }
331         }
332
333         if (Pt == ROOK)
334         {
335             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
336             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
337             {
338                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
339                 if (alignedPawns)
340                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
341             }
342
343             // Bonus when on an open or semi-open file
344             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
345                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
346
347             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
348             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
349             {
350                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
351
352                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
353                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
354                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
355                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
356             }
357         }
358     }
359
360     if (DoTrace)
361         Trace::add(Pt, Us, score);
362
363     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
364     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
365   }
366
367   template<>
368   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
369   template<>
370   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
371
372
373   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
374
375   template<Color Us, bool DoTrace>
376   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
377
378     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
379
380     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
381     int attackUnits;
382     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
383
384     // King shelter and enemy pawns storm
385     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
386
387     // Main king safety evaluation
388     if (ei.kingAttackersCount[Them])
389     {
390         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
391         // apart from the king itself
392         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
393                     & ei.attackedBy[Us][KING]
394                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
395                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
396                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
397
398         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
399         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
400         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
401         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
402         // the pawn shelter (current 'score' value).
403         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
404                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
405                      + 27 * popcount<Max15>(undefended)
406                      + 11 * !!ei.pinnedPieces[Us]
407                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
408                      - mg_value(score) / 8;
409
410         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
411         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
412         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
413         if (b)
414         {
415             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
416             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
417                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
418
419             if (b)
420                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
421         }
422
423         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
424         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
425
426         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
427         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
428
429         // Enemy queen safe checks
430         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
431         if (b)
432         {
433             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
434             score -= Checked;
435         }
436
437         // Enemy rooks safe checks
438         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
439         if (b)
440         {
441             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
442             score -= Checked;
443         }
444
445         // Enemy bishops safe checks
446         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
447         if (b)
448         {
449             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
450             score -= Checked;
451         }
452
453         // Enemy knights safe checks
454         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
455         if (b)
456         {
457             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
458             score -= Checked;
459         }
460
461         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
462         // array and subtract the score from evaluation.
463         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
464     }
465
466     if (DoTrace)
467         Trace::add(KING, Us, score);
468
469     return score;
470   }
471
472
473   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
474   // and the type of attacked one.
475
476   template<Color Us, bool DoTrace>
477   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
478
479     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
480     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
481     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
482     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
483     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
484     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
485
486     enum { Defended, Weak };
487     enum { Minor, Rook };
488
489     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
490     Score score = SCORE_ZERO;
491
492     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
493     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
494
495     if (weak)
496     {
497         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
498                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
499
500         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
501
502         if (weak ^ safeThreats)
503             score += ThreatenedByHangingPawn;
504
505         while (safeThreats)
506             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
507     }
508
509     // Non-pawn enemies defended by a pawn
510     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
511
512     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
513     if (defended)
514     {
515         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
516         while (b)
517             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
518
519         b = defended & ei.attackedBy[Us][ROOK];
520         while (b)
521             score += Threat[Defended][Rook][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
522     }
523
524     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
525     weak =   pos.pieces(Them)
526           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
527           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
528
529     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
530     if (weak)
531     {
532         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
533         while (b)
534             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
535
536         b = weak & ei.attackedBy[Us][ROOK];
537         while (b)
538             score += Threat[Weak][Rook][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
539
540         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
541         if (b)
542             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
543
544         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
545         if (b)
546             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
547     }
548
549     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
550     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
551     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
552
553     b &=  ~pos.pieces()
554         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
555         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
556
557     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
558        &  pos.pieces(Them)
559        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
560
561     if (b)
562         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
563
564     if (DoTrace)
565         Trace::add(THREAT, Us, score);
566
567     return score;
568   }
569
570
571   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
572
573   template<Color Us, bool DoTrace>
574   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
575
576     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
577
578     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
579     Score score = SCORE_ZERO;
580
581     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
582
583     while (b)
584     {
585         Square s = pop_lsb(&b);
586
587         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
588
589         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
590         int rr = r * (r - 1);
591
592         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
593
594         if (rr)
595         {
596             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
597
598             // Adjust bonus based on the king's proximity
599             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
600                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
601
602             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
603             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
604                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
605
606             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
607             if (pos.empty(blockSq))
608             {
609                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
610                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
611                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
612                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
613
614                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
615
616                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
617                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
618
619                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
620                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
621
622                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
623                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
624                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
625
626                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
627                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
628                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
629                     k += 6;
630
631                 else if (defendedSquares & blockSq)
632                     k += 4;
633
634                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
635             }
636             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
637                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
638         } // rr != 0
639
640         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
641             ebonus += ebonus / 4;
642
643         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
644     }
645
646     if (DoTrace)
647         Trace::add(PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
648
649     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
650     return score * Weights[PassedPawns];
651   }
652
653
654   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
655   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
656   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
657   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
658   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
659   // improve play on game opening.
660   template<Color Us>
661   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
662
663     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
664
665     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
666     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
667     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
668     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
669                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
670                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
671                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
672
673     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
674     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
675     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
676     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
677
678     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
679     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
680
681     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
682     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
683     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
684                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
685
686     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
687   }
688
689
690   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the position, i.e. 
691   // second order bonus/malus based on the known attacking/defending status of the players. 
692   Score evaluate_initiative(const Position& pos, const EvalInfo& ei, const Score positional_score) {
693
694     int pawns           =  pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
695     int king_separation =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
696     int asymmetry       =  ei.pi->pawn_asymmetry();
697
698     // Compute the initiative bonus for the attacking side
699     int attacker_bonus =   8 * (pawns + asymmetry + king_separation) - 120;
700
701     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the sign 
702     // of the endgame value of "positional_score", and that we carefully cap the bonus so
703     // that the endgame score with the correction will never be divided by more than two.
704     int eg = eg_value(positional_score);
705     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max( attacker_bonus , -abs( eg / 2 ) );
706
707     return make_score( 0 , value ) ; 
708   }
709
710 } // namespace
711
712
713 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
714 /// of the position always from the point of view of the side to move.
715
716 template<bool DoTrace>
717 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
718
719   assert(!pos.checkers());
720
721   EvalInfo ei;
722   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
723
724   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
725   // in the position object (material + piece square tables).
726   // Score is computed from the point of view of white.
727   score = pos.psq_score();
728
729   // Probe the material hash table
730   Material::Entry* me = Material::probe(pos);
731   score += me->imbalance();
732
733   // If we have a specialized evaluation function for the current material
734   // configuration, call it and return.
735   if (me->specialized_eval_exists())
736       return me->evaluate(pos);
737
738   // Probe the pawn hash table
739   ei.pi = Pawns::probe(pos);
740   score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
741
742   // Initialize attack and king safety bitboards
743   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
744   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
745   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
746
747   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3. Will be excluded from the mobility area
748   Bitboard blockedPawns[] = {
749     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
750     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
751   };
752
753   // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns, or occupied
754   // by our blocked pawns or king.
755   Bitboard mobilityArea[] = {
756     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
757     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
758   };
759
760   // Evaluate pieces and mobility
761   score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
762   score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
763
764   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
765   // information when computing the king safety evaluation.
766   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
767           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
768
769   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
770   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
771           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
772
773   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
774   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
775           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
776
777   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
778   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
779   {
780       Bitboard b;
781       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
782           score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
783
784       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
785           score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
786   }
787
788   // Evaluate space for both sides, only during opening
789   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
790       score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
791   
792   // Evaluate initiative
793   score += evaluate_initiative(pos, ei, score);
794
795   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
796   Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
797   ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
798
799   // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
800   // types of endgames, and use a lower scale for those.
801   if (    me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
802       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
803   {
804       if (pos.opposite_bishops())
805       {
806           // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
807           // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
808           if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
809               && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
810               sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
811
812           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
813           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
814           else
815               sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
816       }
817       // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
818       // pawns are drawish.
819       else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
820                &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
821                && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
822           sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
823   }
824
825   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
826   Value v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
827            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
828
829   v /= int(PHASE_MIDGAME);
830
831   // In case of tracing add all single evaluation terms
832   if (DoTrace)
833   {
834       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
835       Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
836       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
837       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
838                          , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
839       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
840                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
841       Trace::add(TOTAL, score);
842   }
843
844   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
845 }
846
847 // Explicit template instantiations
848 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
849 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
850
851
852 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
853 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
854 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
855
856 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
857
858   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
859
860   Value v = evaluate<true>(pos);
861   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
862
863   std::stringstream ss;
864   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
865      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
866      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
867      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
868      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
869      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
870      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
871      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
872      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
873      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
874      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
875      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
876      << "    King safety | " << Term(KING)
877      << "        Threats | " << Term(THREAT)
878      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
879      << "          Space | " << Term(SPACE)
880      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
881      << "          Total | " << Term(TOTAL);
882
883   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
884
885   return ss.str();
886 }
887
888
889 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
890
891 void Eval::init() {
892
893   const int MaxSlope = 8700;
894   const int Peak = 1280000;
895   int t = 0;
896
897   for (int i = 0; i < 400; ++i)
898   {
899       t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
900       KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
901   }
902 }