d015a0198e1d47f8829f203c8278c49ad7a9efdf
[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) 2008-2010 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
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26
27 #include "bitcount.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32 #include "ucioption.h"
33
34
35 ////
36 //// Local definitions
37 ////
38
39 namespace {
40
41   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
42   // by the evaluation functions.
43   struct EvalInfo {
44
45     // Middle and end game position's static evaluations
46     Score value;
47
48     // Pointer to pawn hash table entry
49     PawnInfo* pi;
50
51     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
52     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][0] contains
53     // all squares attacked by the given color.
54     Bitboard attackedBy[2][8];
55
56     // kingZone[color] is the zone around the enemy king which is considered
57     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
58     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
59     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
60     // is on g8, kingZone[WHITE] is a bitboard containing the squares f8, h8,
61     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
62     Bitboard kingZone[2];
63
64     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
65     // which attack a square in the kingZone of the enemy king.
66     int kingAttackersCount[2];
67
68     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
69     // given color which attack a square in the kingZone of the enemy king. The
70     // weights of the individual piece types are given by the variables
71     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
72     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
73     int kingAttackersWeight[2];
74
75     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
76     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
77     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
78     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
79     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
80     int kingAdjacentZoneAttacksCount[2];
81   };
82
83   const int Sign[2] = { 1, -1 };
84
85   // Evaluation grain size, must be a power of 2
86   const int GrainSize = 8;
87
88   // Evaluation weights, initialized from UCI options
89   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
90   Score Weights[6];
91
92   typedef Value V;
93   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
94
95   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
96   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
97   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
98   // parameters at 100, which looks prettier.
99   //
100   // Values modified by Joona Kiiski
101   const Score WeightsInternal[] = {
102       S(248, 271), S(233, 201), S(252, 259), S(46, 0), S(247, 0), S(259, 0)
103   };
104
105   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains mobility bonuses for middle and
106   // end game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied
107   // by friendly pieces.
108   const Score MobilityBonus[][32] = {
109      {}, {},
110      { S(-38,-33), S(-25,-23), S(-12,-13), S( 0, -3), S(12,  7), S(25, 17), // Knights
111        S( 31, 22), S( 38, 27), S( 38, 27) },
112      { S(-25,-30), S(-11,-16), S(  3, -2), S(17, 12), S(31, 26), S(45, 40), // Bishops
113        S( 57, 52), S( 65, 60), S( 71, 65), S(74, 69), S(76, 71), S(78, 73),
114        S( 79, 74), S( 80, 75), S( 81, 76), S(81, 76) },
115      { S(-20,-36), S(-14,-19), S( -8, -3), S(-2, 13), S( 4, 29), S(10, 46), // Rooks
116        S( 14, 62), S( 19, 79), S( 23, 95), S(26,106), S(27,111), S(28,114),
117        S( 29,116), S( 30,117), S( 31,118), S(32,118) },
118      { S(-10,-18), S( -8,-13), S( -6, -7), S(-3, -2), S(-1,  3), S( 1,  8), // Queens
119        S(  3, 13), S(  5, 19), S(  8, 23), S(10, 27), S(12, 32), S(15, 34),
120        S( 16, 35), S( 17, 35), S( 18, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
121        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
122        S( 20, 35), S( 20, 35), S( 20, 35), S(20, 35), S(20, 35), S(20, 35),
123        S( 20, 35), S( 20, 35) }
124   };
125
126   // OutpostBonus[PieceType][Square] contains outpost bonuses of knights and
127   // bishops, indexed by piece type and square (from white's point of view).
128   const Value OutpostBonus[][64] = {
129   {
130   //  A     B     C     D     E     F     G     H
131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
134     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
135     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
138     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0),
146     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
147     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0) }
148   };
149
150   // ThreatBonus[attacking][attacked] contains threat bonuses according to
151   // which piece type attacks which one.
152   const Score ThreatBonus[][8] = {
153     {}, {},
154     { S(0, 0), S( 7, 39), S( 0,  0), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // KNIGHT
155     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S( 0,  0), S(41,100), S(41,100) }, // BISHOP
156     { S(0, 0), S(-1, 29), S(15, 49), S(15, 49), S( 0,  0), S(24, 49) }, // ROOK
157     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S( 0,  0) }  // QUEEN
158   };
159
160   // ThreatedByPawnPenalty[PieceType] contains a penalty according to which
161   // piece type is attacked by an enemy pawn.
162   const Score ThreatedByPawnPenalty[] = {
163     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
164   };
165
166   #undef S
167
168   // Rooks and queens on the 7th rank (modified by Joona Kiiski)
169   const Score RookOn7thBonus  = make_score(47, 98);
170   const Score QueenOn7thBonus = make_score(27, 54);
171
172   // Rooks on open files (modified by Joona Kiiski)
173   const Score RookOpenFileBonus = make_score(43, 43);
174   const Score RookHalfOpenFileBonus = make_score(19, 19);
175
176   // Penalty for rooks trapped inside a friendly king which has lost the
177   // right to castle.
178   const Value TrappedRookPenalty = Value(180);
179
180   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
181   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
182   // based on how many squares inside this area are safe and available for
183   // friendly minor pieces.
184   const Bitboard SpaceMask[2] = {
185     (1ULL << SQ_C2) | (1ULL << SQ_D2) | (1ULL << SQ_E2) | (1ULL << SQ_F2) |
186     (1ULL << SQ_C3) | (1ULL << SQ_D3) | (1ULL << SQ_E3) | (1ULL << SQ_F3) |
187     (1ULL << SQ_C4) | (1ULL << SQ_D4) | (1ULL << SQ_E4) | (1ULL << SQ_F4),
188     (1ULL << SQ_C7) | (1ULL << SQ_D7) | (1ULL << SQ_E7) | (1ULL << SQ_F7) |
189     (1ULL << SQ_C6) | (1ULL << SQ_D6) | (1ULL << SQ_E6) | (1ULL << SQ_F6) |
190     (1ULL << SQ_C5) | (1ULL << SQ_D5) | (1ULL << SQ_E5) | (1ULL << SQ_F5)
191   };
192
193   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
194   // from the KingDangerTable[]. Various little "meta-bonuses" measuring
195   // the strength of the enemy attack are added up into an integer, which
196   // is used as an index to KingDangerTable[].
197   //
198   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
199   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
200
201   // Bonuses for enemy's safe checks
202   const int QueenContactCheckBonus = 3;
203   const int QueenCheckBonus        = 2;
204   const int RookCheckBonus         = 1;
205   const int BishopCheckBonus       = 1;
206   const int KnightCheckBonus       = 1;
207
208   // InitKingDanger[Square] contains penalties based on the position of the
209   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
210   const int InitKingDanger[] = {
211      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
212      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
213      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
214     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
215     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
216     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
217     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
218     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
219   };
220
221   // KingDangerTable[Color][attackUnits] contains the actual king danger
222   // weighted scores, indexed by color and by a calculated integer number.
223   Score KingDangerTable[2][128];
224
225   // Pawn and material hash tables, indexed by the current thread id.
226   // Note that they will be initialized at 0 being global variables.
227   MaterialInfoTable* MaterialTable[MAX_THREADS];
228   PawnInfoTable* PawnTable[MAX_THREADS];
229
230   // Function prototypes
231   template<bool HasPopCnt>
232   Value do_evaluate(const Position& pos, Value margins[]);
233
234   template<Color Us, bool HasPopCnt>
235   void init_attack_tables(const Position& pos, EvalInfo& ei);
236
237   template<Color Us, bool HasPopCnt>
238   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility);
239
240   template<Color Us, bool HasPopCnt>
241   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]);
242
243   template<Color Us>
244   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei);
245
246   template<Color Us, bool HasPopCnt>
247   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei);
248
249   template<Color Us>
250   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
251
252   inline Score apply_weight(Score v, Score weight);
253   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, const ScaleFactor sf[]);
254   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
255   void init_safety();
256 }
257
258
259 ////
260 //// Functions
261 ////
262
263
264 /// Prefetches in pawn hash tables
265
266 void prefetchPawn(Key key, int threadID) {
267
268     PawnTable[threadID]->prefetch(key);
269 }
270
271 /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
272 /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
273 /// between them based on the remaining material.
274 Value evaluate(const Position& pos, Value margins[]) {
275
276     return CpuHasPOPCNT ? do_evaluate<true>(pos, margins)
277                         : do_evaluate<false>(pos, margins);
278 }
279
280 namespace {
281
282 template<bool HasPopCnt>
283 Value do_evaluate(const Position& pos, Value margins[]) {
284
285   EvalInfo ei;
286   ScaleFactor factor[2];
287   Score w_mob, b_mob;
288
289   assert(pos.is_ok());
290   assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < MAX_THREADS);
291   assert(!pos.is_check());
292
293   // Initialize by reading the incrementally updated scores included in the
294   // position object (material + piece square tables).
295   ei.value = pos.value();
296
297   // margins[color] stores the uncertainty estimation of position's evaluation
298   // and typically is used by the search for pruning decisions.
299   margins[WHITE] = margins[BLACK] = VALUE_ZERO;
300
301   // Probe the material hash table
302   MaterialInfo* mi = MaterialTable[pos.thread()]->get_material_info(pos);
303   ei.value += mi->material_value();
304
305   // If we have a specialized evaluation function for the current material
306   // configuration, call it and return.
307   if (mi->specialized_eval_exists())
308       return mi->evaluate(pos);
309
310   // After get_material_info() call that modifies them
311   factor[WHITE] = mi->scale_factor(pos, WHITE);
312   factor[BLACK] = mi->scale_factor(pos, BLACK);
313
314   // Probe the pawn hash table
315   ei.pi = PawnTable[pos.thread()]->get_pawn_info(pos);
316   ei.value += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
317
318   // Initialize attack bitboards with pawns evaluation
319   init_attack_tables<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei);
320   init_attack_tables<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
321
322   // Evaluate pieces and mobility
323   ei.value +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, w_mob)
324              - evaluate_pieces_of_color<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, b_mob);
325
326   ei.value += apply_weight(w_mob - b_mob, Weights[Mobility]);
327
328   // Kings. Kings are evaluated after all other pieces for both sides,
329   // because we need complete attack information for all pieces when computing
330   // the king safety evaluation.
331   ei.value +=  evaluate_king<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei, margins)
332              - evaluate_king<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei, margins);
333
334   // Evaluate tactical threats, we need full attack info including king
335   ei.value +=  evaluate_threats<WHITE>(pos, ei)
336              - evaluate_threats<BLACK>(pos, ei);
337
338   // Evaluate passed pawns, we need full attack info including king
339   ei.value +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>(pos, ei)
340              - evaluate_passed_pawns<BLACK>(pos, ei);
341
342   Phase phase = mi->game_phase();
343
344   // Middle-game specific evaluation terms
345   if (phase > PHASE_ENDGAME)
346   {
347       // Evaluate pawn storms in positions with opposite castling
348       if (   square_file(pos.king_square(WHITE)) >= FILE_E
349           && square_file(pos.king_square(BLACK)) <= FILE_D)
350
351           ei.value += make_score(ei.pi->queenside_storm_value(WHITE) - ei.pi->kingside_storm_value(BLACK), 0);
352
353       else if (   square_file(pos.king_square(WHITE)) <= FILE_D
354                && square_file(pos.king_square(BLACK)) >= FILE_E)
355
356           ei.value += make_score(ei.pi->kingside_storm_value(WHITE) - ei.pi->queenside_storm_value(BLACK), 0);
357
358       // Evaluate space for both sides
359       if (mi->space_weight() > 0)
360       {
361           int s = evaluate_space<WHITE, HasPopCnt>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK, HasPopCnt>(pos, ei);
362           ei.value += apply_weight(make_score(s * mi->space_weight(), 0), Weights[Space]);
363       }
364   }
365
366   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
367   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those
368   if (   phase < PHASE_MIDGAME
369       && pos.opposite_colored_bishops()
370       && (   (factor[WHITE] == SCALE_FACTOR_NORMAL && eg_value(ei.value) > VALUE_ZERO)
371           || (factor[BLACK] == SCALE_FACTOR_NORMAL && eg_value(ei.value) < VALUE_ZERO)))
372   {
373       ScaleFactor sf;
374
375       // Only the two bishops ?
376       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
377           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame)
378       {
379           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
380           // certainly a draw or at least two pawns.
381           bool one_pawn = (pos.piece_count(WHITE, PAWN) + pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1);
382           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
383       }
384       else
385           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
386           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
387            sf = ScaleFactor(50);
388
389       if (factor[WHITE] == SCALE_FACTOR_NORMAL)
390           factor[WHITE] = sf;
391       if (factor[BLACK] == SCALE_FACTOR_NORMAL)
392           factor[BLACK] = sf;
393   }
394
395   // Interpolate between the middle game and the endgame score
396   return Sign[pos.side_to_move()] * scale_by_game_phase(ei.value, phase, factor);
397 }
398
399 } // namespace
400
401 /// init_eval() initializes various tables used by the evaluation function
402
403 void init_eval(int threads) {
404
405   assert(threads <= MAX_THREADS);
406
407   for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
408   {
409     if (i >= threads)
410     {
411         delete PawnTable[i];
412         delete MaterialTable[i];
413         PawnTable[i] = NULL;
414         MaterialTable[i] = NULL;
415         continue;
416     }
417     if (!PawnTable[i])
418         PawnTable[i] = new PawnInfoTable();
419     if (!MaterialTable[i])
420         MaterialTable[i] = new MaterialInfoTable();
421   }
422 }
423
424
425 /// quit_eval() releases heap-allocated memory at program termination
426
427 void quit_eval() {
428
429   for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
430   {
431       delete PawnTable[i];
432       delete MaterialTable[i];
433       PawnTable[i] = NULL;
434       MaterialTable[i] = NULL;
435   }
436 }
437
438
439 /// read_weights() reads evaluation weights from the corresponding UCI parameters
440
441 void read_weights(Color us) {
442
443   // King safety is asymmetrical. Our king danger level is weighted by
444   // "Cowardice" UCI parameter, instead the opponent one by "Aggressiveness".
445   const int kingDangerUs   = (us == WHITE ? KingDangerUs   : KingDangerThem);
446   const int kingDangerThem = (us == WHITE ? KingDangerThem : KingDangerUs);
447
448   Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Middle Game)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
449   Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Middle Game)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
450   Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Middle Game)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
451   Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
452   Weights[kingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
453   Weights[kingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
454
455   // If running in analysis mode, make sure we use symmetrical king safety. We do this
456   // by replacing both Weights[kingDangerUs] and Weights[kingDangerThem] by their average.
457   if (get_option_value_bool("UCI_AnalyseMode"))
458       Weights[kingDangerUs] = Weights[kingDangerThem] = (Weights[kingDangerUs] + Weights[kingDangerThem]) / 2;
459
460   init_safety();
461 }
462
463
464 namespace {
465
466   // init_attack_tables() initializes king bitboards for both sides adding
467   // pawn attacks. To be done before other evaluations.
468
469   template<Color Us, bool HasPopCnt>
470   void init_attack_tables(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
471
472     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
473
474     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
475     ei.kingZone[Us] = (b | (Us == WHITE ? b >> 8 : b << 8));
476     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
477     b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
478     ei.kingAttackersCount[Us] = b ? count_1s_max_15<HasPopCnt>(b) / 2 : 0;
479     ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
480   }
481
482
483   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outposts squares
484
485   template<PieceType Piece, Color Us>
486   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
487
488     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
489
490     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
491
492     // Initial bonus based on square
493     Value bonus = OutpostBonus[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
494
495     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
496     // no minor piece which can exchange the outpost piece
497     if (bonus && bit_is_set(ei.attackedBy[Us][PAWN], s))
498     {
499         if (    pos.pieces(KNIGHT, Them) == EmptyBoardBB
500             && (SquaresByColorBB[square_color(s)] & pos.pieces(BISHOP, Them)) == EmptyBoardBB)
501             bonus += bonus + bonus / 2;
502         else
503             bonus += bonus / 2;
504     }
505     return make_score(bonus, bonus);
506   }
507
508
509   // evaluate_pieces<>() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
510
511   template<PieceType Piece, Color Us, bool HasPopCnt>
512   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility, Bitboard no_mob_area) {
513
514     Bitboard b;
515     Square s, ksq;
516     int mob;
517     File f;
518     Score bonus = SCORE_ZERO;
519
520     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
521     const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, Piece);
522
523     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
524
525     while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
526     {
527         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
528         if (Piece == KNIGHT || Piece == QUEEN)
529             b = pos.attacks_from<Piece>(s);
530         else if (Piece == BISHOP)
531             b = bishop_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(QUEEN, Us));
532         else if (Piece == ROOK)
533             b = rook_attacks_bb(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(ROOK, QUEEN, Us));
534         else
535             assert(false);
536
537         // Update attack info
538         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
539
540         // King attacks
541         if (b & ei.kingZone[Us])
542         {
543             ei.kingAttackersCount[Us]++;
544             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
545             Bitboard bb = (b & ei.attackedBy[Them][KING]);
546             if (bb)
547                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += count_1s_max_15<HasPopCnt>(bb);
548         }
549
550         // Mobility
551         mob = (Piece != QUEEN ? count_1s_max_15<HasPopCnt>(b & no_mob_area)
552                               : count_1s<HasPopCnt>(b & no_mob_area));
553
554         mobility += MobilityBonus[Piece][mob];
555
556         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. Remaining part
557         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
558         if (bit_is_set(ei.attackedBy[Them][PAWN], s))
559             bonus -= ThreatedByPawnPenalty[Piece];
560
561         // Bishop and knight outposts squares
562         if ((Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT) && pos.square_is_weak(s, Us))
563             bonus += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
564
565         // Queen or rook on 7th rank
566         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
567             && relative_rank(Us, s) == RANK_7
568             && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
569         {
570             bonus += (Piece == ROOK ? RookOn7thBonus : QueenOn7thBonus);
571         }
572
573         // Special extra evaluation for rooks
574         if (Piece == ROOK)
575         {
576             // Open and half-open files
577             f = square_file(s);
578             if (ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
579             {
580                 if (ei.pi->file_is_half_open(Them, f))
581                     bonus += RookOpenFileBonus;
582                 else
583                     bonus += RookHalfOpenFileBonus;
584             }
585
586             // Penalize rooks which are trapped inside a king. Penalize more if
587             // king has lost right to castle.
588             if (mob > 6 || ei.pi->file_is_half_open(Us, f))
589                 continue;
590
591             ksq = pos.king_square(Us);
592
593             if (    square_file(ksq) >= FILE_E
594                 &&  square_file(s) > square_file(ksq)
595                 && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
596             {
597                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
598                 if (!ei.pi->has_open_file_to_right(Us, square_file(ksq)))
599                     ei.value -= Sign[Us] * make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
600                                                                          : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
601             }
602             else if (    square_file(ksq) <= FILE_D
603                      &&  square_file(s) < square_file(ksq)
604                      && (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1 || square_rank(ksq) == square_rank(s)))
605             {
606                 // Is there a half-open file between the king and the edge of the board?
607                 if (!ei.pi->has_open_file_to_left(Us, square_file(ksq)))
608                     ei.value -= Sign[Us] * make_score(pos.can_castle(Us) ? (TrappedRookPenalty - mob * 16) / 2
609                                                                          : (TrappedRookPenalty - mob * 16), 0);
610             }
611         }
612     }
613     return bonus;
614   }
615
616
617   // evaluate_threats<>() assigns bonuses according to the type of attacking piece
618   // and the type of attacked one.
619
620   template<Color Us>
621   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
622
623     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
624
625     Bitboard b;
626     Score bonus = SCORE_ZERO;
627
628     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
629     Bitboard weakEnemies =  pos.pieces_of_color(Them)
630                           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
631                           & ei.attackedBy[Us][0];
632     if (!weakEnemies)
633         return SCORE_ZERO;
634
635     // Add bonus according to type of attacked enemy pieces and to the
636     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
637     // considered because are already special handled in king evaluation.
638     for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; pt1++)
639     {
640         b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
641         if (b)
642             for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; pt2++)
643                 if (b & pos.pieces(pt2))
644                     bonus += ThreatBonus[pt1][pt2];
645     }
646     return bonus;
647   }
648
649
650   // evaluate_pieces_of_color<>() assigns bonuses and penalties to all the
651   // pieces of a given color.
652
653   template<Color Us, bool HasPopCnt>
654   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility) {
655
656     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
657
658     Score bonus = SCORE_ZERO;
659
660     mobility = SCORE_ZERO;
661
662     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
663     const Bitboard no_mob_area = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces_of_color(Us));
664
665     bonus += evaluate_pieces<KNIGHT, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
666     bonus += evaluate_pieces<BISHOP, Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
667     bonus += evaluate_pieces<ROOK,   Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
668     bonus += evaluate_pieces<QUEEN,  Us, HasPopCnt>(pos, ei, mobility, no_mob_area);
669
670     // Sum up all attacked squares
671     ei.attackedBy[Us][0] =   ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
672                            | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
673                            | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
674     return bonus;
675   }
676
677
678   // evaluate_king<>() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
679
680   template<Color Us, bool HasPopCnt>
681   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]) {
682
683     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
684
685     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
686     bool sente;
687     int attackUnits;
688     const Square ksq = pos.king_square(Us);
689
690     // King shelter
691     Score bonus = ei.pi->king_shelter(pos, Us, ksq);
692
693     // King safety. This is quite complicated, and is almost certainly far
694     // from optimally tuned.
695     if (   pos.piece_count(Them, QUEEN) >= 1
696         && ei.kingAttackersCount[Them]  >= 2
697         && pos.non_pawn_material(Them)  >= QueenValueMidgame + RookValueMidgame
698         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
699     {
700         // Is it the attackers turn to move?
701         sente = (Them == pos.side_to_move());
702
703         // Find the attacked squares around the king which has no defenders
704         // apart from the king itself
705         undefended = ei.attackedBy[Them][0] & ei.attackedBy[Us][KING];
706         undefended &= ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
707                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
708                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
709
710         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
711         // index to the KingDangerTable[] array. The initial value is based on
712         // the number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
713         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
714         // king, and the quality of the pawn shelter.
715         attackUnits =  Min(25, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
716                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + count_1s_max_15<HasPopCnt>(undefended))
717                      + InitKingDanger[relative_square(Us, ksq)]
718                      - mg_value(ei.pi->king_shelter(pos, Us, ksq)) / 32;
719
720         // Analyse enemy's safe queen contact checks. First find undefended
721         // squares around the king attacked by enemy queen...
722         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces_of_color(Them);
723         if (b)
724         {
725             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
726             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
727                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
728             if (b)
729                 attackUnits += QueenContactCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b) * (sente ? 2 : 1);
730         }
731
732         // Analyse enemy's safe distance checks for sliders and knights
733         safe = ~(pos.pieces_of_color(Them) | ei.attackedBy[Us][0]);
734
735         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
736         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
737
738         // Enemy queen safe checks
739         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
740         if (b)
741             attackUnits += QueenCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
742
743         // Enemy rooks safe checks
744         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
745         if (b)
746             attackUnits += RookCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
747
748         // Enemy bishops safe checks
749         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
750         if (b)
751             attackUnits += BishopCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
752
753         // Enemy knights safe checks
754         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
755         if (b)
756             attackUnits += KnightCheckBonus * count_1s_max_15<HasPopCnt>(b);
757
758         // To index KingDangerTable[] attackUnits must be in [0, 99] range
759         attackUnits = Min(99, Max(0, attackUnits));
760
761         // Finally, extract the king danger score from the KingDangerTable[]
762         // array and subtract the score from evaluation. Set also margins[]
763         // value that will be used for pruning because this value can sometimes
764         // be very big, and so capturing a single attacking piece can therefore
765         // result in a score change far bigger than the value of the captured piece.
766         bonus -= KingDangerTable[Us][attackUnits];
767         margins[Us] += mg_value(KingDangerTable[Us][attackUnits]);
768     }
769     return bonus;
770   }
771
772
773   // evaluate_passed_pawns<>() evaluates the passed pawns of the given color
774
775   template<Color Us>
776   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
777
778     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
779
780     Score bonus = SCORE_ZERO;
781     Bitboard squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
782     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(Us);
783
784     if (!b)
785         return SCORE_ZERO;
786
787     do {
788         Square s = pop_1st_bit(&b);
789
790         assert(pos.pawn_is_passed(Us, s));
791
792         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
793         int tr = r * (r - 1);
794
795         // Base bonus based on rank
796         Value mbonus = Value(20 * tr);
797         Value ebonus = Value(10 + r * r * 10);
798
799         if (tr)
800         {
801             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
802
803             // Adjust bonus based on kings proximity
804             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq) * 3 * tr);
805             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * 1 * tr);
806             ebonus += Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 6 * tr);
807
808             // If the pawn is free to advance, increase bonus
809             if (pos.square_is_empty(blockSq))
810             {
811                 squaresToQueen = squares_in_front_of(Us, s);
812                 defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][0];
813
814                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
815                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
816                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
817                 if (   (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
818                     && (squares_behind(Us, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
819                     unsafeSquares = squaresToQueen;
820                 else
821                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][0] | pos.pieces_of_color(Them));
822
823                 // If there aren't enemy attacks or pieces along the path to queen give
824                 // huge bonus. Even bigger if we protect the pawn's path.
825                 if (!unsafeSquares)
826                     ebonus += Value(tr * (squaresToQueen == defendedSquares ? 17 : 15));
827                 else
828                     // OK, there are enemy attacks or pieces (but not pawns). Are those
829                     // squares which are attacked by the enemy also attacked by us ?
830                     // If yes, big bonus (but smaller than when there are no enemy attacks),
831                     // if no, somewhat smaller bonus.
832                     ebonus += Value(tr * ((unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 13 : 8));
833
834                 // At last, add a small bonus when there are no *friendly* pieces
835                 // in the pawn's path.
836                 if (!(squaresToQueen & pos.pieces_of_color(Us)))
837                     ebonus += Value(tr);
838             }
839         } // tr != 0
840
841         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
842         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
843         supportingPawns = pos.pieces(PAWN, Us) & neighboring_files_bb(s);
844         if (supportingPawns & rank_bb(s))
845             ebonus += Value(r * 20);
846         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
847             ebonus += Value(r * 12);
848
849         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
850         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
851         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
852         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
853         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
854         // value if the other side has a rook or queen.
855         if (square_file(s) == FILE_A || square_file(s) == FILE_H)
856         {
857             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMidgame)
858                 ebonus += ebonus / 4;
859             else if (pos.pieces(ROOK, QUEEN, Them))
860                 ebonus -= ebonus / 4;
861         }
862         bonus += make_score(mbonus, ebonus);
863
864     } while (b);
865
866     // Add the scores to the middle game and endgame eval
867     return apply_weight(bonus, Weights[PassedPawns]);
868   }
869
870
871   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
872   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
873   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
874   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
875   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
876   // material hash table.
877   template<Color Us, bool HasPopCnt>
878   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
879
880     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
881
882     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
883     // SpaceMask[us]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
884     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
885     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
886                    & ~pos.pieces(PAWN, Us)
887                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
888                    & (ei.attackedBy[Us][0] | ~ei.attackedBy[Them][0]);
889
890     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
891     Bitboard behind = pos.pieces(PAWN, Us);
892     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
893     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
894
895     return count_1s_max_15<HasPopCnt>(safe) + count_1s_max_15<HasPopCnt>(behind & safe);
896   }
897
898
899   // apply_weight() applies an evaluation weight to a value trying to prevent overflow
900
901   inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
902       return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100, (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
903   }
904
905
906   // scale_by_game_phase() interpolates between a middle game and an endgame score,
907   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
908
909   Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, const ScaleFactor sf[]) {
910
911     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
912     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
913     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
914
915     Value eg = eg_value(v);
916     ScaleFactor f = sf[eg > VALUE_ZERO ? WHITE : BLACK];
917     Value ev = Value((eg * int(f)) / SCALE_FACTOR_NORMAL);
918
919     int result = (mg_value(v) * int(ph) + ev * int(128 - ph)) / 128;
920     return Value(result & ~(GrainSize - 1));
921   }
922
923
924   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
925   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
926
927   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
928
929     // Scale option value from 100 to 256
930     int mg = get_option_value_int(mgOpt) * 256 / 100;
931     int eg = get_option_value_int(egOpt) * 256 / 100;
932
933     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
934   }
935
936   // init_safety() initizes the king safety evaluation, based on UCI
937   // parameters. It is called from read_weights().
938
939   void init_safety() {
940
941     const Value MaxSlope = Value(30);
942     const Value Peak = Value(1280);
943     Value t[100];
944
945     // First setup the base table
946     for (int i = 0; i < 100; i++)
947     {
948         t[i] = Value(int(0.4 * i * i));
949
950         if (i > 0)
951             t[i] = Min(t[i], t[i - 1] + MaxSlope);
952
953         t[i] = Min(t[i], Peak);
954     }
955
956     // Then apply the weights and get the final KingDangerTable[] array
957     for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
958         for (int i = 0; i < 100; i++)
959             KingDangerTable[c][i] = apply_weight(make_score(t[i], 0), Weights[KingDangerUs + c]);
960   }
961 }