git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5
   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 }