]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
Improve move order near the root
[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   Copyright (C) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(21, 4), S(47, 25) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(6, 32), S(59, 41), S(79, 56), S(90, 119), S(79, 161)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(3, 44), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
127   };
128
129   // Assorted bonuses and penalties
130   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
131   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
132   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
133   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
134   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
135   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
136   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
137   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
138   constexpr Score Outpost            = S( 30, 21);
139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
142   constexpr Score ReachableOutpost   = S( 32, 10);
143   constexpr Score RookOnQueenFile    = S(  7,  6);
144   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
145   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
146   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
148   constexpr Score TrappedRook        = S( 52, 10);
149   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
150
151 #undef S
152
153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
154   template<Tracing T>
155   class Evaluation {
156
157   public:
158     Evaluation() = delete;
159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
161     Value value();
162
163   private:
164     template<Color Us> void initialize();
165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
166     template<Color Us> Score king() const;
167     template<Color Us> Score threats() const;
168     template<Color Us> Score passed() const;
169     template<Color Us> Score space() const;
170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
171     Score initiative(Score score) const;
172
173     const Position& pos;
174     Material::Entry* me;
175     Pawns::Entry* pe;
176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
178
179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
181     // is also calculated is ALL_PIECES.
182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
183
184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
187
188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
189     // very near squares, depending on king position.
190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
191
192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
195
196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
199     // the KingAttackWeights array.
200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
201
202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
206     // to kingAttacksCount[WHITE].
207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
208   };
209
210
211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
213   template<Tracing T> template<Color Us>
214   void Evaluation<T>::initialize() {
215
216     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
218     constexpr Direction Down = -Up;
219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
220
221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
222
223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
224
225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
227
228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
229     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
231
232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
237
238     // Init our king safety tables
239     Square s = make_square(clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
240                            clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
241     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
242
243     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
244     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
245
246     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
247     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
248   }
249
250
251   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
252   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
253   Score Evaluation<T>::pieces() {
254
255     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
256     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
257     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
258                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
260
261     Bitboard b, bb;
262     Score score = SCORE_ZERO;
263
264     attackedBy[Us][Pt] = 0;
265
266     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
267     {
268         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
269         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
270           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
271                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
272
273         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
274             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
275
276         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
277         attackedBy[Us][Pt] |= b;
278         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
279
280         if (b & kingRing[Them])
281         {
282             kingAttackersCount[Us]++;
283             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
284             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
285         }
286
287         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
288
289         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
290
291         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
292         {
293             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
294             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
295             if (bb & s)
296                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
297
298             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
299                 score += ReachableOutpost;
300
301             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
302             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
303                 score += MinorBehindPawn;
304
305             // Penalty if the piece is far from the king
306             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
307
308             if (Pt == BISHOP)
309             {
310                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
311                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
312                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
313
314                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
315                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
316
317                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
318                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
319                     score += LongDiagonalBishop;
320
321                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
322                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
323                 // when that pawn is also blocked.
324                 if (   pos.is_chess960()
325                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
326                 {
327                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
328                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
329                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
330                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
331                                                                                   : CorneredBishop;
332                 }
333             }
334         }
335
336         if (Pt == ROOK)
337         {
338             // Bonus for rook on the same file as a queen
339             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
340                 score += RookOnQueenFile;
341
342             // Bonus for rook on an open or semi-open file
343             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
344                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
345
346             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
347             else if (mob <= 3)
348             {
349                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
350                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
351                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
352             }
353         }
354
355         if (Pt == QUEEN)
356         {
357             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
358             Bitboard queenPinners;
359             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
360                 score -= WeakQueen;
361         }
362     }
363     if (T)
364         Trace::add(Pt, Us, score);
365
366     return score;
367   }
368
369
370   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
371   template<Tracing T> template<Color Us>
372   Score Evaluation<T>::king() const {
373
374     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
375     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
376                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
377
378     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
379     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
380     int kingDanger = 0;
381     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
382
383     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
384     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
385
386     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
387     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
388           & ~attackedBy2[Us]
389           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
390
391     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
392     safe  = ~pos.pieces(Them);
393     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
394
395     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
396     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
397
398     // Enemy rooks checks
399     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
400
401     if (rookChecks)
402         kingDanger += RookSafeCheck;
403     else
404         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
405
406     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
407     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
408     queenChecks =  (b1 | b2)
409                  & attackedBy[Them][QUEEN]
410                  & safe
411                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
412                  & ~rookChecks;
413
414     if (queenChecks)
415         kingDanger += QueenSafeCheck;
416
417     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
418     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
419     bishopChecks =  b2
420                   & attackedBy[Them][BISHOP]
421                   & safe
422                   & ~queenChecks;
423
424     if (bishopChecks)
425         kingDanger += BishopSafeCheck;
426     else
427         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
428
429     // Enemy knights checks
430     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
431
432     if (knightChecks & safe)
433         kingDanger += KnightSafeCheck;
434     else
435         unsafeChecks |= knightChecks;
436
437     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
438     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
439     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
440     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
441     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
442
443     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
444     int kingFlankDefense = popcount(b3);
445
446     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
447                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
448                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
449                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
450                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
451                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
452                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
453                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
454                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
455                  -   6 * mg_value(score) / 8
456                  -   4 * kingFlankDefense
457                  +  37;
458
459     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
460     if (kingDanger > 100)
461         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
462
463     // Penalty when our king is on a pawnless flank
464     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
465         score -= PawnlessFlank;
466
467     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
468     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
469
470     if (T)
471         Trace::add(KING, Us, score);
472
473     return score;
474   }
475
476
477   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
478   // attacking and the attacked pieces.
479   template<Tracing T> template<Color Us>
480   Score Evaluation<T>::threats() const {
481
482     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
483     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
484     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
485
486     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
487     Score score = SCORE_ZERO;
488
489     // Non-pawn enemies
490     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
491
492     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
493     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
494     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
495                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
496
497     // Non-pawn enemies, strongly protected
498     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
499
500     // Enemies not strongly protected and under our attack
501     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
502
503     // Bonus according to the kind of attacking pieces
504     if (defended | weak)
505     {
506         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
507         while (b)
508             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
509
510         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
511         while (b)
512             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
513
514         if (weak & attackedBy[Us][KING])
515             score += ThreatByKing;
516
517         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
518            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
519         score += Hanging * popcount(weak & b);
520     }
521
522     // Bonus for restricting their piece moves
523     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
524        & ~stronglyProtected
525        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
526     score += RestrictedPiece * popcount(b);
527
528     // Protected or unattacked squares
529     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
530
531     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
532     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
533     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
534     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
535
536     // Find squares where our pawns can push on the next move
537     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
538     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
539
540     // Keep only the squares which are relatively safe
541     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
542
543     // Bonus for safe pawn threats on the next move
544     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
545     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
546
547     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
548     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
549     {
550         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
551         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
552
553         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
554
555         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
556
557         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
558            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
559
560         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
561     }
562
563     if (T)
564         Trace::add(THREAT, Us, score);
565
566     return score;
567   }
568
569   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
570   // pawns of the given color.
571
572   template<Tracing T> template<Color Us>
573   Score Evaluation<T>::passed() const {
574
575     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
576     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
577
578     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
579       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
580     };
581
582     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
583     Score score = SCORE_ZERO;
584
585     b = pe->passed_pawns(Us);
586
587     while (b)
588     {
589         Square s = pop_lsb(&b);
590
591         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
592
593         int r = relative_rank(Us, s);
594
595         Score bonus = PassedRank[r];
596
597         if (r > RANK_3)
598         {
599             int w = 5 * r - 13;
600             Square blockSq = s + Up;
601
602             // Adjust bonus based on the king's proximity
603             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
604                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
605
606             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
607             if (r != RANK_7)
608                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
609
610             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
611             if (pos.empty(blockSq))
612             {
613                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
614                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
615
616                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
617
618                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
619                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
620
621                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
622                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
623                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
624                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
625                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
626                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
627                                                              0 ;
628
629                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
630                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
631                     k += 5;
632
633                 bonus += make_score(k * w, k * w);
634             }
635         } // r > RANK_3
636
637         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
638         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
639         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
640             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
641             bonus = bonus / 2;
642
643         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(file_of(s));
644     }
645
646     if (T)
647         Trace::add(PASSED, Us, score);
648
649     return score;
650   }
651
652
653   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
654   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
655   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
656   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
657   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
658   // improve play on game opening.
659
660   template<Tracing T> template<Color Us>
661   Score Evaluation<T>::space() const {
662
663     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
664         return SCORE_ZERO;
665
666     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
667     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
668     constexpr Bitboard SpaceMask =
669       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
670                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
671
672     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
673     Bitboard safe =   SpaceMask
674                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
675                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
676
677     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
678     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
679     behind |= shift<Down>(behind);
680     behind |= shift<Down+Down>(behind);
681
682     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
683     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
684     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
685
686     if (T)
687         Trace::add(SPACE, Us, score);
688
689     return score;
690   }
691
692
693   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
694   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
695   // known attacking/defending status of the players.
696
697   template<Tracing T>
698   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
699
700     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
701                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
702
703     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
704                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
705
706     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
707                            &&  outflanking < 0
708                            && !pawnsOnBothFlanks;
709
710     bool infiltration = rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
711                      || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
712
713     // Compute the initiative bonus for the attacking side
714     int complexity =   9 * pe->passed_count()
715                     + 11 * pos.count<PAWN>()
716                     +  9 * outflanking
717                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
718                     + 24 * infiltration
719                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
720                     - 43 * almostUnwinnable
721                     -110 ;
722
723     Value mg = mg_value(score);
724     Value eg = eg_value(score);
725
726     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
727     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
728     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
729     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
730     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
731
732     if (T)
733         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
734
735     return make_score(u, v);
736   }
737
738
739   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
740
741   template<Tracing T>
742   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
743
744     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
745     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
746
747     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
748     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
749     {
750         if (   pos.opposite_bishops()
751             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
752             sf = 22 ;
753         else
754             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
755
756         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
757     }
758
759     return ScaleFactor(sf);
760   }
761
762
763   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
764   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
765   // of view of the side to move.
766
767   template<Tracing T>
768   Value Evaluation<T>::value() {
769
770     assert(!pos.checkers());
771
772     // Probe the material hash table
773     me = Material::probe(pos);
774
775     // If we have a specialized evaluation function for the current material
776     // configuration, call it and return.
777     if (me->specialized_eval_exists())
778         return me->evaluate(pos);
779
780     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
781     // the position object (material + piece square tables) and the material
782     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
783     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
784
785     // Probe the pawn hash table
786     pe = Pawns::probe(pos);
787     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
788
789     // Early exit if score is high
790     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
791     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
792        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
793
794     // Main evaluation begins here
795
796     initialize<WHITE>();
797     initialize<BLACK>();
798
799     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
800     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
801             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
802             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
803             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
804
805     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
806
807     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
808             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
809             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
810             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
811
812     score += initiative(score);
813
814     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
815     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
816     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
817        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
818
819     v /= PHASE_MIDGAME;
820
821     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
822     if (T)
823     {
824         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
825         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
826         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
827         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
828         Trace::add(TOTAL, score);
829     }
830
831     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
832            + Eval::Tempo;
833   }
834
835 } // namespace
836
837
838 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
839 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
840
841 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
842   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
843 }
844
845
846 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
847 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
848 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
849
850 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
851
852   if (pos.checkers())
853       return "Total evaluation: none (in check)";
854
855   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
856
857   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
858
859   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
860
861   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
862
863   std::stringstream ss;
864   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
865      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
866      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
867      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
868      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
869      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
870      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
871      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
872      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
873      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
874      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
875      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
876      << " King safety | " << Term(KING)
877      << "     Threats | " << Term(THREAT)
878      << "      Passed | " << Term(PASSED)
879      << "       Space | " << Term(SPACE)
880      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
881      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
882      << "       Total | " << Term(TOTAL);
883
884   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
885
886   return ss.str();
887 }