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 Tracing {
  34
  35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
  36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  37     };
  38
  39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
  40
  41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
  42
  43     double to_cp(Value v);
  44     void write(int idx, Color c, Score s);
  45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
  46     std::string do_trace(const Position& pos);
  47   }
  48
  49
  50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  51   // by the evaluation functions.
  52   struct EvalInfo {
  53
  54     // Pointers to material and pawn hash table entries
  55     Material::Entry* mi;
  56     Pawns::Entry* pi;
  57
  58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
  60     // contains all squares attacked by the given color.
  61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  62
  63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  70
  71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  74
  75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
  76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  78     // KingAttackWeights array.
  79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  80
  81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
  83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
  84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
  85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
  86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
  87
  88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
  89   };
  90
  91
  92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
  93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
  94
  95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
  96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
  97   };
  98
  99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
 100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
 101   }
 102
 103
 104   #define V(v) Value(v)
 105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 106
 107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
 109   // friendly pieces.
 110   const Score MobilityBonus[][32] = {
 111     {}, {},
 112     { S(-68,-49), S(-46,-33), S(-3,-12), S( 5, -4), S( 9, 11), S(15, 16), // Knights
 113       S( 23, 27), S( 33, 28), S(37, 29) },
 114     { S(-49,-44), S(-23,-16), S(16,  1), S(29, 16), S(40, 25), S(51, 34), // Bishops
 115       S( 55, 43), S( 61, 49), S(64, 51), S(68, 52), S(73, 55), S(75, 60),
 116       S( 80, 65), S( 86, 66) },
 117     { S(-50,-57), S(-28,-22), S(-11, 7), S(-1, 29), S( 0, 39), S( 1, 46), // Rooks
 118       S( 10, 66), S( 16, 79), S(22, 86), S(23,103), S(30,109), S(33,111),
 119       S( 37,115), S( 38,119), S(48,124) },
 120     { S(-43,-30), S(-27,-15), S( 1, -5), S( 2, -3), S(14, 10), S(18, 24), // Queens
 121       S( 20, 27), S( 33, 37), S(33, 38), S(34, 43), S(40, 46), S(43, 56),
 122       S( 46, 61), S( 52, 63), S(52, 63), S(57, 65), S(60, 70), S(61, 74),
 123       S( 67, 80), S( 76, 82), S(77, 88), S(82, 94), S(86, 95), S(90, 96),
 124       S( 94, 99), S( 96,100), S(99,111), S(99,112) }
 125   };
 126
 127   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and bishops
 128   // outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 129   const Score Outpost[][2] = {
 130     { S(28, 7), S(42,11) }, // Knights
 131     { S(12, 3), S(18, 5) }  // Bishops
 132   };
 133
 134   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
 135   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 136   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
 137   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
 138     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
 139   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
 140     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
 141   };
 142
 143   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
 144   // type is attacked by an enemy pawn.
 145   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 146     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
 147   };
 148
 149   // PassedPawnsBonusMg[Rank] and PassedPawnsBonusEg[Rank]
 150   //contains bonuses for midgame and endgame for passed pawns according to
 151   //the rank of the pawn.
 152   const Value PassedPawnsBonusMg[6] = {
 153     V(0), V(1), V(34), V(90), V(214), V(328)
 154   };
 155
 156   const Value PassedPawnsBonusEg[6] = {
 157     V(7), V(14), V(37), V(63), V(134), V(189)
 158   };
 159
 160   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
 161
 162   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 163   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
 164   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
 165   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
 166   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
 167   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
 168   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
 169   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
 170   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
 171   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
 172   const Score Hanging            = S(31, 26);
 173   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
 174   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
 175
 176   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 177   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 178   // happen in Chess960 games.
 179   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 180
 181   #undef S
 182   #undef V
 183
 184   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
 185   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
 186   // based on how many squares inside this area are safe and available for
 187   // friendly minor pieces.
 188   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
 189     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
 190     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
 191   };
 192
 193   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 194   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 195   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 196   // index to KingDanger[].
 197   Score KingDanger[512];
 198
 199   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 200   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 201
 202   // Penalties for enemy's safe checks
 203   const int QueenContactCheck = 89;
 204   const int RookContactCheck  = 71;
 205   const int QueenCheck        = 50;
 206   const int RookCheck         = 37;
 207   const int BishopCheck       = 6;
 208   const int KnightCheck       = 14;
 209
 210
 211   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
 212   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 213
 214   template<Color Us>
 215   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 216
 217     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 218     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 219
 220     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 221     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 222     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 223
 224     // Init king safety tables only if we are going to use them
 225     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 226     {
 227         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 228         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 229         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 230         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 231     }
 232     else
 233         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 234   }
 235
 236
 237   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
 238
 239   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
 240   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
 241
 242     Bitboard b;
 243     Square s;
 244     Score score = SCORE_ZERO;
 245
 246     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 247     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 248     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 249
 250     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 251
 252     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 253     {
 254         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 255         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 256           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 257                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 258
 259         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 260             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 261
 262         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 263
 264         if (b & ei.kingRing[Them])
 265         {
 266             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 267             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 268             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 269             if (bb)
 270                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 271         }
 272
 273         if (Pt == QUEEN)
 274             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 275                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 276                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 277
 278         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
 279
 280         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 281
 282         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 283         {
 284             // Bonus for outpost square
 285             if (   relative_rank(Us, s) >= RANK_4
 286                 && !(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
 287                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 288
 289             // Bonus when behind a pawn
 290             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 291                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 292                 score += MinorBehindPawn;
 293
 294             // Penalty for pawns on same color square of bishop
 295             if (Pt == BISHOP)
 296                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 297
 298             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 299             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 300             // when that pawn is also blocked.
 301             if (   Pt == BISHOP
 302                 && pos.is_chess960()
 303                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 304             {
 305                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 306                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 307                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 308                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 309                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 310             }
 311         }
 312
 313         if (Pt == ROOK)
 314         {
 315             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 316             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 317             {
 318                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 319                 if (alignedPawns)
 320                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
 321             }
 322
 323             // Bonus when on an open or semi-open file
 324             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 325                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
 326
 327             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
 328             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 329             {
 330                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 331
 332                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 333                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 334                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 335                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 336             }
 337         }
 338     }
 339
 340     if (Trace)
 341         Tracing::write(Pt, Us, score);
 342
 343     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
 344     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 345   }
 346
 347   template<>
 348   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 349   template<>
 350   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 351
 352
 353   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 354
 355   template<Color Us, bool Trace>
 356   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 357
 358     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 359
 360     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 361     int attackUnits;
 362     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 363
 364     // King shelter and enemy pawns storm
 365     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 366
 367     // Main king safety evaluation
 368     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 369     {
 370         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 371         // apart from the king itself
 372         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 373                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 374                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 375                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 376                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 377
 378         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 379         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 380         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 381         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 382         // the pawn shelter (current 'score' value).
 383         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 384                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 385                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
 386                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
 387                      - mg_value(score) / 8
 388                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
 389
 390         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 391         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 392         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 393         if (b)
 394         {
 395             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 396             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 397                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
 398
 399             if (b)
 400                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 401         }
 402
 403         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
 404         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
 405         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
 406
 407         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
 408         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
 409
 410         if (b)
 411         {
 412             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 413             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 414                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP]);
 415
 416             if (b)
 417                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
 418         }
 419
 420         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 421         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 422
 423         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 424         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 425
 426         // Enemy queen safe checks
 427         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 428         if (b)
 429             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 430
 431         // Enemy rooks safe checks
 432         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 433         if (b)
 434             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 435
 436         // Enemy bishops safe checks
 437         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 438         if (b)
 439             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 440
 441         // Enemy knights safe checks
 442         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 443         if (b)
 444             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 445
 446         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 447         // array and subtract the score from evaluation.
 448         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 449     }
 450
 451     if (Trace)
 452         Tracing::write(KING, Us, score);
 453
 454     return score;
 455   }
 456
 457
 458   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
 459   // and the type of attacked one.
 460
 461   template<Color Us, bool Trace>
 462   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 463
 464     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 465     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 466     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 467     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 468     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 469     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 470
 471     enum { Defended, Weak };
 472     enum { Minor, Major };
 473
 474     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 475     Score score = SCORE_ZERO;
 476
 477     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 478     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 479
 480     if (weak)
 481     {
 482         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 483                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 484
 485         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 486
 487         if (weak ^ safeThreats)
 488             score += ThreatenedByHangingPawn;
 489
 490         while (safeThreats)
 491             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 492     }
 493
 494     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 495     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 496
 497     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 498     if (defended)
 499     {
 500         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 501         while (b)
 502             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 503
 504         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
 505         while (b)
 506             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 507     }
 508
 509     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 510     weak =   pos.pieces(Them)
 511           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 512           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 513
 514     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 515     if (weak)
 516     {
 517         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 518         while (b)
 519             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 520
 521         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 522         while (b)
 523             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 524
 525         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 526         if (b)
 527             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
 528
 529         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 530         if (b)
 531             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
 532     }
 533
 534     // Add a small bonus for safe pawn pushes
 535     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 536     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 537
 538     b &=  ~pos.pieces()
 539         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 540         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 541
 542     if (b)
 543         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
 544
 545     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
 546     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 547        &  pos.pieces(Them)
 548        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 549
 550     if (b)
 551         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
 552
 553     if (Trace)
 554         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
 555
 556     return score;
 557   }
 558
 559
 560   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 561
 562   template<Color Us, bool Trace>
 563   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 564
 565     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 566
 567     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 568     Score score = SCORE_ZERO;
 569
 570     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 571
 572     while (b)
 573     {
 574         Square s = pop_lsb(&b);
 575
 576         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 577
 578         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 579         int rr = r * (r - 1);
 580
 581         Value mbonus = PassedPawnsBonusMg[r],
 582               ebonus = PassedPawnsBonusEg[r];
 583
 584         if (rr)
 585         {
 586             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 587
 588             // Adjust bonus based on the king's proximity
 589             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 590                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 591
 592             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 593             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 594                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 595
 596             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 597             if (pos.empty(blockSq))
 598             {
 599                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 600                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 601                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 602                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 603
 604                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 605
 606                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 607                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 608
 609                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 610                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 611
 612                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 613                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 614                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 615
 616                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
 617                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 618                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 619                     k += 6;
 620
 621                 else if (defendedSquares & blockSq)
 622                     k += 4;
 623
 624                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 625             }
 626             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 627                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
 628         } // rr != 0
 629
 630         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 631             ebonus += ebonus / 4;
 632
 633         score += make_score(mbonus, ebonus);
 634     }
 635
 636     if (Trace)
 637         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
 638
 639     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 640     return score * Weights[PassedPawns];
 641   }
 642
 643
 644   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 645   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 646   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 647   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 648   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 649   // improve play on game opening.
 650   template<Color Us>
 651   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 652
 653     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 654
 655     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 656     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 657     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 658     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
 659                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 660                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 661                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 662
 663     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 664     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 665     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 666     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 667
 668     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
 669     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 670
 671     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
 672     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 673     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 674                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 675
 676     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
 677   }
 678
 679
 680   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
 681
 682   template<bool Trace>
 683   Value do_evaluate(const Position& pos) {
 684
 685     assert(!pos.checkers());
 686
 687     EvalInfo ei;
 688     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 689
 690     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
 691     // in the position object (material + piece square tables).
 692     // Score is computed from the point of view of white.
 693     score = pos.psq_score();
 694
 695     // Probe the material hash table
 696     ei.mi = Material::probe(pos);
 697     score += ei.mi->imbalance();
 698
 699     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 700     // configuration, call it and return.
 701     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
 702         return ei.mi->evaluate(pos);
 703
 704     // Probe the pawn hash table
 705     ei.pi = Pawns::probe(pos);
 706     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
 707
 708     // Initialize attack and king safety bitboards
 709     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
 710     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
 711
 712     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
 713     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
 714
 715     // Pawns blocked or on ranks 2 and 3. Will be excluded from the mobility area
 716     Bitboard blockedPawns[] = {
 717       pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 718       pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 719     };
 720
 721     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns, or occupied
 722     // by our blocked pawns or king.
 723     Bitboard mobilityArea[] = {
 724       ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 725       ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 726     };
 727
 728     // Evaluate pieces and mobility
 729     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 730     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
 731
 732     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
 733     // information when computing the king safety evaluation.
 734     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
 735             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
 736
 737     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 738     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
 739             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
 740
 741     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 742     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
 743             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
 744
 745     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 746     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 747     {
 748         Bitboard b;
 749         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 750             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
 751
 752         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 753             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
 754     }
 755
 756     // Evaluate space for both sides, only during opening
 757     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
 758         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
 759
 760     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
 761     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 762     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
 763
 764     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 765     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 766     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 767         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 768     {
 769         if (pos.opposite_bishops())
 770         {
 771             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 772             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
 773             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 774                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 775                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
 776
 777             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 778             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 779             else
 780                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 781         }
 782         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 783         // pawns are drawish.
 784         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
 785                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 786                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 787                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
 788     }
 789
 790     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 791     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
 792              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 793
 794     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 795
 796     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
 797     if (Trace)
 798     {
 799         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
 800         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
 801         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 802         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
 803                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
 804         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
 805                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
 806         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
 807     }
 808
 809     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 810   }
 811
 812
 813   // Tracing functions
 814
 815   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
 816
 817   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
 818
 819   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
 820     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
 821   }
 822
 823   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
 824
 825     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
 826     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
 827
 828     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
 829         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
 830     else
 831         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
 832            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
 833
 834     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
 835        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
 836
 837     return os;
 838   }
 839
 840   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
 841
 842     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 843
 844     Value v = do_evaluate<true>(pos);
 845     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 846
 847     std::stringstream ss;
 848     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 849        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 850        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 851        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 852        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 853        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 854        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 855        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 856        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 857        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 858        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 859        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 860        << "    King safety | " << Term(KING)
 861        << "        Threats | " << Term(THREAT)
 862        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 863        << "          Space | " << Term(SPACE)
 864        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 865        << "          Total | " << Term(TOTAL);
 866
 867     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 868
 869     return ss.str();
 870   }
 871
 872 } // namespace
 873
 874
 875 namespace Eval {
 876
 877   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 878   /// of the position always from the point of view of the side to move.
 879
 880   Value evaluate(const Position& pos) {
 881     return do_evaluate<false>(pos);
 882   }
 883
 884
 885   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 886   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 887   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
 888   /// debugging.
 889   std::string trace(const Position& pos) {
 890     return Tracing::do_trace(pos);
 891   }
 892
 893
 894   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 895
 896   void init() {
 897
 898     const int MaxSlope = 8700;
 899     const int Peak = 1280000;
 900     int t = 0;
 901
 902     for (int i = 0; i < 400; ++i)
 903     {
 904         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
 905         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
 906     }
 907   }
 908
 909 } // namespace Eval