cf478909649ed0419c172ed9b7bfadebeca4d246
[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) 2015-2019 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, 77, 55, 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(18, 7), S(44, 20) };
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(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(0, 24), 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(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
127   };
128
129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
133   };
134
135   // Assorted bonuses and penalties
136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
144   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
155
156 #undef S
157
158   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
159   template<Tracing T>
160   class Evaluation {
161
162   public:
163     Evaluation() = delete;
164     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
165     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
166     Value value();
167
168   private:
169     template<Color Us> void initialize();
170     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
171     template<Color Us> Score king() const;
172     template<Color Us> Score threats() const;
173     template<Color Us> Score passed() const;
174     template<Color Us> Score space() const;
175     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
176     Score initiative(Value eg) const;
177
178     const Position& pos;
179     Material::Entry* me;
180     Pawns::Entry* pe;
181     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
182     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
183
184     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
185     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
186     // is also calculated is ALL_PIECES.
187     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
188
189     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
190     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
191     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
192
193     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
194     // very near squares, depending on king position.
195     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
196
197     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
198     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
199     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
200
201     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
202     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
203     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
204     // the KingAttackWeights array.
205     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
206
207     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
208     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
209     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
210     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
211     // to kingAttacksCount[WHITE].
212     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
213   };
214
215
216   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
217   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
218   template<Tracing T> template<Color Us>
219   void Evaluation<T>::initialize() {
220
221     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
222     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
223     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
224     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
225
226     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
227
228     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
229
230     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
231     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
232
233     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
234     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
235     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
236
237     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
238     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
239     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
240     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
241     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
242
243     // Init our king safety tables
244     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
245     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
246         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
247
248     if (file_of(ksq) == FILE_H)
249         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
250
251     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
252         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
253
254     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
255     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
256
257     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
258     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
259   }
260
261
262   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
263   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
264   Score Evaluation<T>::pieces() {
265
266     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
267     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
268     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
269                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
270     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
271
272     Bitboard b, bb;
273     Score score = SCORE_ZERO;
274
275     attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
285             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
286
287         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
288         attackedBy[Us][Pt] |= b;
289         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
290
291         if (b & kingRing[Them])
292         {
293             kingAttackersCount[Us]++;
294             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
295             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
296         }
297
298         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
299
300         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
301
302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
303         {
304             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
305             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
306             if (bb & s)
307                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
308
309             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
310                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
311
312             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
313             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
314                 score += MinorBehindPawn;
315
316             // Penalty if the piece is far from the king
317             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
318
319             if (Pt == BISHOP)
320             {
321                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
322                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
323                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
324
325                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
326                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
327
328                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
329                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
330                     score += LongDiagonalBishop;
331             }
332
333             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
334             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
335             // when that pawn is also blocked.
336             if (   Pt == BISHOP
337                 && pos.is_chess960()
338                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
339             {
340                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
341                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
342                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
343                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
344                                                                               : CorneredBishop;
345             }
346         }
347
348         if (Pt == ROOK)
349         {
350             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
351             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
352                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
353
354             // Bonus for rook on an open or semi-open file
355             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
356                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
357
358             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
359             else if (mob <= 3)
360             {
361                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
362                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
363                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
364             }
365         }
366
367         if (Pt == QUEEN)
368         {
369             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
370             Bitboard queenPinners;
371             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
372                 score -= WeakQueen;
373         }
374     }
375     if (T)
376         Trace::add(Pt, Us, score);
377
378     return score;
379   }
380
381
382   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
383   template<Tracing T> template<Color Us>
384   Score Evaluation<T>::king() const {
385
386     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
387     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
388                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
389
390     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
391     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
392     int kingDanger = 0;
393     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
394
395     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
396     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
397
398     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
399     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
400           & ~attackedBy2[Us]
401           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
402
403     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
404     safe  = ~pos.pieces(Them);
405     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
406
407     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
408     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
409
410     // Enemy rooks checks
411     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
412
413     if (rookChecks)
414         kingDanger += RookSafeCheck;
415     else
416         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
417
418     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
419     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
420     queenChecks =  (b1 | b2)
421                  & attackedBy[Them][QUEEN]
422                  & safe
423                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
424                  & ~rookChecks;
425
426     if (queenChecks)
427         kingDanger += QueenSafeCheck;
428
429     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
430     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
431     bishopChecks =  b2
432                   & attackedBy[Them][BISHOP]
433                   & safe
434                   & ~queenChecks;
435
436     if (bishopChecks)
437         kingDanger += BishopSafeCheck;
438     else
439         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
440
441     // Enemy knights checks
442     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
443
444     if (knightChecks & safe)
445         kingDanger += KnightSafeCheck;
446     else
447         unsafeChecks |= knightChecks;
448
449     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
450     // the square is in the attacker's mobility area.
451     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
452
453     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
454     // which are attacked twice in that flank.
455     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
456     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
457
458     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
459
460     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
461                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
462                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
463                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
464                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
465                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
466                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
467                  -   6 * mg_value(score) / 8
468                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
469                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
470                  -   7;
471
472     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
473     if (kingDanger > 100)
474         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
475
476     // Penalty when our king is on a pawnless flank
477     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
478         score -= PawnlessFlank;
479
480     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
481     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
482
483     if (T)
484         Trace::add(KING, Us, score);
485
486     return score;
487   }
488
489
490   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
491   // attacking and the attacked pieces.
492   template<Tracing T> template<Color Us>
493   Score Evaluation<T>::threats() const {
494
495     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
496     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
497     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
498
499     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
500     Score score = SCORE_ZERO;
501
502     // Non-pawn enemies
503     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
504
505     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
506     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
507     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
508                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
509
510     // Non-pawn enemies, strongly protected
511     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
512
513     // Enemies not strongly protected and under our attack
514     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
515
516     // Safe or protected squares
517     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
518
519     // Bonus according to the kind of attacking pieces
520     if (defended | weak)
521     {
522         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
523         while (b)
524         {
525             Square s = pop_lsb(&b);
526             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
527             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
528                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
529         }
530
531         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
532         while (b)
533         {
534             Square s = pop_lsb(&b);
535             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
536             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
537                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
538         }
539
540         if (weak & attackedBy[Us][KING])
541             score += ThreatByKing;
542
543         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
544            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
545         score += Hanging * popcount(weak & b);
546     }
547
548     // Bonus for restricting their piece moves
549     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
550        & ~stronglyProtected
551        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
552
553     score += RestrictedPiece * popcount(b);
554
555     // Find squares where our pawns can push on the next move
556     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
557     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
558
559     // Keep only the squares which are relatively safe
560     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
561
562     // Bonus for safe pawn threats on the next move
563     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
564     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
565
566     // Our safe or protected pawns
567     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
568
569     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
570     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
571
572     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
573     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
574     {
575         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
576         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
577
578         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
579
580         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
581
582         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
583            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
584
585         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
586     }
587
588     if (T)
589         Trace::add(THREAT, Us, score);
590
591     return score;
592   }
593
594   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
595   // pawns of the given color.
596
597   template<Tracing T> template<Color Us>
598   Score Evaluation<T>::passed() const {
599
600     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
601     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
602
603     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
604       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
605     };
606
607     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
608     Bitboard wideUnsafeSquares;
609     Score score = SCORE_ZERO;
610
611     b = pe->passed_pawns(Us);
612
613     while (b)
614     {
615         Square s = pop_lsb(&b);
616
617         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
618
619         int r = relative_rank(Us, s);
620
621         Score bonus = PassedRank[r];
622
623         if (r > RANK_3)
624         {
625             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
626             Square blockSq = s + Up;
627
628             // Adjust bonus based on the king's proximity
629             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
630                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
631
632             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
633             if (r != RANK_7)
634                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
635
636             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
637             if (pos.empty(blockSq))
638             {
639                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
640                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
641                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
642                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
643                 wideUnsafeSquares = AllSquares;
644
645                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
646
647                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
648                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
649
650                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
651                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
652                       
653                 if (!unsafeSquares)
654                     wideUnsafeSquares = (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them)) 
655                                        & (shift<WEST>(squaresToQueen) | shift<EAST>(squaresToQueen));
656
657                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
658                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
659                 int k = !wideUnsafeSquares ? 35 : !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
660
661                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
662                 if (defendedSquares & blockSq)
663                     k += 5;
664
665                 bonus += make_score(k * w, k * w);
666             }
667         } // r > RANK_3
668
669         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
670         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
671         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
672             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
673             bonus = bonus / 2;
674
675         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
676     }
677
678     if (T)
679         Trace::add(PASSED, Us, score);
680
681     return score;
682   }
683
684
685   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
686   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
687   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
688   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
689   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
690   // improve play on game opening.
691
692   template<Tracing T> template<Color Us>
693   Score Evaluation<T>::space() const {
694
695     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
696         return SCORE_ZERO;
697
698     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
699     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
700     constexpr Bitboard SpaceMask =
701       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
702                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
703
704     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
705     Bitboard safe =   SpaceMask
706                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
707                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
708
709     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
710     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
711     behind |= shift<Down>(behind);
712     behind |= shift<Down+Down>(behind);
713
714     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
715     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
716     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
717
718     if (T)
719         Trace::add(SPACE, Us, score);
720
721     return score;
722   }
723
724
725   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
726   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
727   // known attacking/defending status of the players.
728
729   template<Tracing T>
730   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
731
732     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
733                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
734
735     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
736                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
737
738     // Compute the initiative bonus for the attacking side
739     int complexity =   9 * pe->passed_count()
740                     + 11 * pos.count<PAWN>()
741                     +  9 * outflanking
742                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
743                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
744                     -103 ;
745
746     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
747     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
748     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
749     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
750
751     if (T)
752         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
753
754     return make_score(0, v);
755   }
756
757
758   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
759
760   template<Tracing T>
761   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
762
763     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
764     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
765
766     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
767     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
768     {
769         if (   pos.opposite_bishops()
770             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
771             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
772         else
773             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
774
775     }
776
777     return ScaleFactor(sf);
778   }
779
780
781   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
782   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
783   // of view of the side to move.
784
785   template<Tracing T>
786   Value Evaluation<T>::value() {
787
788     assert(!pos.checkers());
789
790     // Probe the material hash table
791     me = Material::probe(pos);
792
793     // If we have a specialized evaluation function for the current material
794     // configuration, call it and return.
795     if (me->specialized_eval_exists())
796         return me->evaluate(pos);
797
798     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
799     // the position object (material + piece square tables) and the material
800     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
801     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
802
803     // Probe the pawn hash table
804     pe = Pawns::probe(pos);
805     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
806
807     // Early exit if score is high
808     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
809     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
810        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
811
812     // Main evaluation begins here
813
814     initialize<WHITE>();
815     initialize<BLACK>();
816
817     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
818     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
819             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
820             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
821             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
822
823     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
824
825     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
826             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
827             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
828             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
829
830     score += initiative(eg_value(score));
831
832     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
833     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
834     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
835        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
836
837     v /= PHASE_MIDGAME;
838
839     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
840     if (T)
841     {
842         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
843         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
844         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
845         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
846         Trace::add(TOTAL, score);
847     }
848
849     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
850            + Eval::Tempo;
851   }
852
853 } // namespace
854
855
856 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
857 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
858
859 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
860   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
861 }
862
863
864 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
865 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
866 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
867
868 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
869
870   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
871
872   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
873
874   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
875
876   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
877
878   std::stringstream ss;
879   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
880      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
881      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
882      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
883      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
884      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
885      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
886      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
887      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
888      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
889      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
890      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
891      << " King safety | " << Term(KING)
892      << "     Threats | " << Term(THREAT)
893      << "      Passed | " << Term(PASSED)
894      << "       Space | " << Term(SPACE)
895      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
896      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
897      << "       Total | " << Term(TOTAL);
898
899   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
900
901   return ss.str();
902 }