Threats retuned
[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     Material::Entry* me;
106     Pawns::Entry* pi;
107   };
108
109
110   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
111   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
112
113   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
114     {266, 334}, {214, 203}, {193, 262}, {47, 0}, {330, 0}
115   };
116
117   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
118     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
119   }
120
121
122   #define V(v) Value(v)
123   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
124
125   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
126   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
127   // friendly pieces.
128   const Score MobilityBonus[][32] = {
129     {}, {},
130     { S(-70,-52), S(-52,-37), S( -7,-17), S(  0, -6), S(  8,  5), S( 16,  9), // Knights
131       S( 23, 20), S( 31, 21), S( 36, 22) },
132     { S(-49,-44), S(-22,-13), S( 16,  0), S( 27, 11), S( 38, 19), S( 52, 34), // Bishops
133       S( 56, 44), S( 65, 47), S( 67, 51), S( 73, 56), S( 81, 59), S( 83, 69),
134       S( 95, 72), S(100, 75) },
135     { S(-49,-57), S(-22,-14), S(-10, 18), S( -5, 39), S( -4, 50), S( -2, 58), // Rooks
136       S(  6, 78), S( 11, 86), S( 17, 92), S( 19,103), S( 26,111), S( 27,115),
137       S( 36,119), S( 41,121), S( 50,122) },
138     { S(-41,-24), S(-26, -8), S(  0,  6), S(  2, 14), S( 12, 27), S( 21, 40), // Queens
139       S( 22, 45), S( 37, 55), S( 40, 57), S( 43, 63), S( 50, 68), S( 52, 74),
140       S( 56, 80), S( 66, 84), S( 68, 85), S( 69, 88), S( 71, 92), S( 72, 94),
141       S( 80, 96), S( 89, 98), S( 94,101), S(102,113), S(106,114), S(107,116),
142       S(112,125), S(113,127), S(117,137), S(122,143) }
143   };
144
145   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
146   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
147   const Score Outpost[][2] = {
148     { S(42,11), S(63,17) }, // Knights
149     { S(18, 5), S(27, 8) }  // Bishops
150   };
151
152   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
153   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
154   // if outpost square is supported by a pawn.
155   const Score ReachableOutpost[][2] = {
156     { S(21, 5), S(31, 8) }, // Knights
157     { S( 8, 2), S(13, 4) }  // Bishops
158   };
159
160   // Threat[minor/rook][attacked PieceType] contains
161   // bonuses according to which piece type attacks which one.
162   // Attacks on lesser pieces which are pawn defended are not considered.
163   const Score Threat[2][PIECE_TYPE_NB] = {
164    { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48,118) }, // Minor attacks
165    { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0,  34), S(35, 48) }  // Rook attacks
166   };
167
168   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
169   // type is attacked by a pawn.
170   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
171     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
172   };
173
174   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
175   // We don't use a Score because we process the two components independently.
176   const Value Passed[][RANK_NB] = {
177     { V(0), V( 1), V(34), V(90), V(214), V(328) },
178     { V(7), V(14), V(37), V(63), V(134), V(189) }
179   };
180
181   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn.
182   const Score PassedFile[] = {
183     S( 12,  10), S( 3, 10), S( 1, -8), S(-27, -12),
184     S(-27, -12), S( 1, -8), S( 3, 10), S( 12,  10)
185   };
186
187   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(70, 63);
188
189   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
190   const Score KingOnOne          = S( 3, 62);
191   const Score KingOnMany         = S( 9,138);
192   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
193   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
194   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
195   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
196   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
197   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
198   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
199   const Score Hanging            = S(48, 28);
200   const Score PawnAttackThreat   = S(31, 19);
201   const Score Checked            = S(20, 20);
202
203   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
204   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
205   // happen in Chess960 games.
206   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
207
208   #undef S
209   #undef V
210
211   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
212   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
213   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
214   // index to KingDanger[].
215   Score KingDanger[512];
216
217   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
218   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
219
220   // Penalties for enemy's safe checks
221   const int QueenContactCheck = 89;
222   const int QueenCheck        = 50;
223   const int RookCheck         = 45;
224   const int BishopCheck       = 6;
225   const int KnightCheck       = 14;
226
227
228   // eval_init() initializes king and attack bitboards for given color
229   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
230
231   template<Color Us>
232   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
233
234     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
235     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
236
237     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
238     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
239     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
240     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
241
242     // Init king safety tables only if we are going to use them
243     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
244     {
245         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
246         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
247         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
248         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
249     }
250     else
251         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
252   }
253
254
255   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
256   // color and type.
257
258   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
259   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
260                         const Bitboard* mobilityArea) {
261     Bitboard b, bb;
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 Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
268                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
269     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
270
271     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
272
273     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
274     {
275         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
276         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
277           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
278                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
279
280         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
281             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
282
283         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
284
285         if (b & ei.kingRing[Them])
286         {
287             ei.kingAttackersCount[Us]++;
288             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
289             bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
290             if (bb)
291                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
292         }
293
294         if (Pt == QUEEN)
295             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
296                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
297                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
298
299         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
300
301         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
302
303         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
304         {
305             // Bonus for outpost squares
306             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
307             if (bb & s)
308                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
309             else
310             {
311                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
312                 if (bb)
313                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
314             }
315
316             // Bonus when behind a pawn
317             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
318                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
319                 score += MinorBehindPawn;
320
321             // Penalty for pawns on same color square of bishop
322             if (Pt == BISHOP)
323                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
324
325             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
326             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
327             // when that pawn is also blocked.
328             if (   Pt == BISHOP
329                 && pos.is_chess960()
330                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
331             {
332                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
333                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
334                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
335                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
336                                                                               : TrappedBishopA1H1;
337             }
338         }
339
340         if (Pt == ROOK)
341         {
342             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
343             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
344             {
345                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
346                 if (alignedPawns)
347                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
348             }
349
350             // Bonus when on an open or semi-open file
351             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
352                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
353
354             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
355             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
356             {
357                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
358
359                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
360                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
361                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
362                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
363             }
364         }
365     }
366
367     if (DoTrace)
368         Trace::add(Pt, Us, score);
369
370     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
371     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
372   }
373
374   template<>
375   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
376   template<>
377   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
378
379
380   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
381
382   template<Color Us, bool DoTrace>
383   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
384
385     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
386
387     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
388     int attackUnits;
389     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
390
391     // King shelter and enemy pawns storm
392     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
393
394     // Main king safety evaluation
395     if (ei.kingAttackersCount[Them])
396     {
397         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
398         // apart from the king itself.
399         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
400                     & ei.attackedBy[Us][KING]
401                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
402                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
403                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
404
405         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
406         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
407         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
408         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
409         // the pawn shelter (current 'score' value).
410         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
411                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
412                      + 27 * popcount<Max15>(undefended)
413                      + 11 * !!ei.pinnedPieces[Us]
414                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
415                      - mg_value(score) / 8;
416
417         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
418         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
419         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
420         if (b)
421         {
422             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
423             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
424                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
425                 | ei.attackedBy[Them][KING];
426
427             if (b)
428                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
429         }
430
431         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
432         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
433
434         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
435         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
436
437         // Enemy queen safe checks
438         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
439         if (b)
440         {
441             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
442             score -= Checked;
443         }
444
445         // Enemy rooks safe checks
446         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
447         if (b)
448         {
449             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
450             score -= Checked;
451         }
452
453         // Enemy bishops safe checks
454         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
455         if (b)
456         {
457             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
458             score -= Checked;
459         }
460
461         // Enemy knights safe checks
462         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
463         if (b)
464         {
465             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
466             score -= Checked;
467         }
468
469         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
470         // array and subtract the score from evaluation.
471         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
472     }
473
474     if (DoTrace)
475         Trace::add(KING, Us, score);
476
477     return score;
478   }
479
480
481   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
482   // and the type of attacked one.
483
484   template<Color Us, bool DoTrace>
485   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
486
487     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
488     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
489     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
490     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
491     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
492     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
493
494     enum { Minor, Rook };
495
496     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
497     Score score = SCORE_ZERO;
498
499     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
500     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
501
502     if (weak)
503     {
504         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
505                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
506
507         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
508
509         if (weak ^ safeThreats)
510             score += ThreatenedByHangingPawn;
511
512         while (safeThreats)
513             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
514     }
515
516     // Non-pawn enemies defended by a pawn
517     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
518
519     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
520     weak =   pos.pieces(Them)
521           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
522           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
523
524     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
525     if (defended | weak)
526     {
527         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
528         while (b)
529             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
530
531         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
532         while (b)
533             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
534
535         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
536         if (b)
537             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
538
539         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
540         if (b)
541             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
542     }
543
544     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
545     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
546     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
547
548     b &=  ~pos.pieces()
549         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
550         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
551
552     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
553        &  pos.pieces(Them)
554        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
555
556     if (b)
557         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
558
559     if (DoTrace)
560         Trace::add(THREAT, Us, score);
561
562     return score;
563   }
564
565
566   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
567
568   template<Color Us, bool DoTrace>
569   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
570
571     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
572
573     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
574     Score score = SCORE_ZERO;
575
576     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
577
578     while (b)
579     {
580         Square s = pop_lsb(&b);
581
582         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
583
584         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
585         int rr = r * (r - 1);
586
587         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
588
589         if (rr)
590         {
591             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
592
593             // Adjust bonus based on the king's proximity
594             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
595                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
596
597             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
598             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
599                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
600
601             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
602             if (pos.empty(blockSq))
603             {
604                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
605                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
606                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
607                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
608
609                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
610
611                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
612                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
613
614                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
615                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
616
617                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
618                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
619                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
620
621                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
622                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
623                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
624                     k += 6;
625
626                 else if (defendedSquares & blockSq)
627                     k += 4;
628
629                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
630             }
631             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
632                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
633         } // rr != 0
634
635         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
636             ebonus += ebonus / 4;
637
638         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
639     }
640
641     if (DoTrace)
642         Trace::add(PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
643
644     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
645     return score * Weights[PassedPawns];
646   }
647
648
649   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
650   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
651   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
652   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
653   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
654   // improve play on game opening.
655   template<Color Us>
656   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
657
658     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
659     const Bitboard SpaceMask =
660       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
661                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
662
663     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
664     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
665     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
666     Bitboard safe =   SpaceMask
667                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
668                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
669                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
670
671     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
672     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
673     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
674     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
675
676     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
677     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
678
679     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
680     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
681     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
682                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
683
684     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
685   }
686
687
688   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
689   // position, i.e. second order bonus/malus based on the known attacking/defending
690   // status of the players.
691   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
692
693     int kingDistance = distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
694     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
695
696     // Compute the initiative bonus for the attacking side
697     int initiative = 8 * (pawns + asymmetry + kingDistance - 15);
698
699     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
700     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
701     // that the endgame score will never be divided by more than two.
702     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
703
704     return make_score(0, value);
705   }
706
707
708   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
709   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Score score) {
710
711     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
712     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
713
714     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
715     // types of endgames, and use a lower scale for those.
716     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
717         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
718     {
719         if (pos.opposite_bishops())
720         {
721             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
722             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
723             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
724                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
725                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
726
727             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
728             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
729             else
730                 sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
731         }
732         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
733         // pawns are drawish.
734         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
735                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
736                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
737             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
738     }
739
740     return sf;
741   }
742
743 } // namespace
744
745
746 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
747 /// of the position from the point of view of the side to move.
748
749 template<bool DoTrace>
750 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
751
752   assert(!pos.checkers());
753
754   EvalInfo ei;
755   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
756
757   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
758   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
759   // internally from the white point of view.
760   score = pos.psq_score();
761
762   // Probe the material hash table
763   ei.me = Material::probe(pos);
764   score += ei.me->imbalance();
765
766   // If we have a specialized evaluation function for the current material
767   // configuration, call it and return.
768   if (ei.me->specialized_eval_exists())
769       return ei.me->evaluate(pos);
770
771   // Probe the pawn hash table
772   ei.pi = Pawns::probe(pos);
773   score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
774
775   // Initialize attack and king safety bitboards
776   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
777   eval_init<WHITE>(pos, ei);
778   eval_init<BLACK>(pos, ei);
779
780   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
781   Bitboard blockedPawns[] = {
782     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
783     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
784   };
785
786   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
787   // by our blocked pawns or king.
788   Bitboard mobilityArea[] = {
789     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
790     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
791   };
792
793   // Evaluate all pieces but king and pawns
794   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
795   score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
796
797   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
798   // information when computing the king safety evaluation.
799   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
800           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
801
802   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
803   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
804           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
805
806   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
807   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
808           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
809
810   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
811   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
812   {
813       Bitboard b;
814       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
815           score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
816
817       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
818           score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
819   }
820
821   // Evaluate space for both sides, only during opening
822   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
823       score += (  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
824                 - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
825
826   // Evaluate position potential for the winning side
827   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
828
829   // Evaluate scale factor for the winning side
830   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, score);
831
832   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
833   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
834            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
835
836   v /= int(PHASE_MIDGAME);
837
838   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
839   if (DoTrace)
840   {
841       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
842       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
843       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
844       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
845                          , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
846       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
847                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
848       Trace::add(TOTAL, score);
849   }
850
851   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
852 }
853
854 // Explicit template instantiations
855 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
856 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
857
858
859 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
860 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
861 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
862
863 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
864
865   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
866
867   Value v = evaluate<true>(pos);
868   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
869
870   std::stringstream ss;
871   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
872      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
873      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
874      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
875      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
876      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
877      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
878      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
879      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
880      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
881      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
882      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
883      << "    King safety | " << Term(KING)
884      << "        Threats | " << Term(THREAT)
885      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
886      << "          Space | " << Term(SPACE)
887      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
888      << "          Total | " << Term(TOTAL);
889
890   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
891
892   return ss.str();
893 }
894
895
896 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
897
898 void Eval::init() {
899
900   const int MaxSlope = 8700;
901   const int Peak = 1280000;
902   int t = 0;
903
904   for (int i = 0; i < 400; ++i)
905   {
906       t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
907       KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
908   }
909 }