d3665ea16a11a4bebb546e59eac7fd9ec964d821
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30
31 namespace {
32
33   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
34   // by the evaluation functions.
35   struct EvalInfo {
36
37     // Pointers to material and pawn hash table entries
38     Material::Entry* mi;
39     Pawns::Entry* pi;
40
41     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
42     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
43     // contains all squares attacked by the given color.
44     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
45
46     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
47     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
48     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
49     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
50     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
51     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
52     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
53
54     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
55     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
56     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
57
58     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
59     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
60     // weights of the individual piece types are given by the variables
61     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
62     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
63     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
64
65     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
66     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
67     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
68     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
69     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
70     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
71
72     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
73   };
74
75   namespace Tracing {
76
77     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
78       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
79     };
80
81     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
82     EvalInfo ei;
83     ScaleFactor sf;
84
85     double to_cp(Value v);
86     void write(int idx, Color c, Score s);
87     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
88     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) }, // Protected Minor attacks
144     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) }, // Protected Major attacks
145     { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) }, // Weak Minor attacks
146     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) }  // Weak Major attacks
147   };
148
149   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
150   // type is attacked by an enemy pawn.
151   const Score ThreatenedByPawn[] = {
152     S(0, 0), S(0, 0), S(87, 118), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
153   };
154
155   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
156   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
157   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
158   const Score RookOnPawn       = S(7 , 27);
159   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
160   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
161   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
162   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
163   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
164   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
165   const Score Hanging          = S(31, 26);
166
167   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
168   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
169   // happen in Chess960 games.
170   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
171
172   #undef S
173
174   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
175   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
176   // based on how many squares inside this area are safe and available for
177   // friendly minor pieces.
178   const Bitboard SpaceMask[] = {
179     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
180     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
181   };
182
183   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
184   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
185   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
186   // index to KingDanger[].
187   //
188   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
189   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
190
191   // Bonuses for enemy's safe checks
192   const int QueenContactCheck = 24;
193   const int RookContactCheck  = 16;
194   const int QueenCheck        = 12;
195   const int RookCheck         = 8;
196   const int BishopCheck       = 2;
197   const int KnightCheck       = 3;
198
199   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
200   // scores, indexed by a calculated integer number.
201   Score KingDanger[128];
202
203   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
204   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
205     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
206   }
207
208
209   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
210   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
211
212   template<Color Us>
213   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
214
215     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
216     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
217
218     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
219
220     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
221     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
222
223     // Init king safety tables only if we are going to use them
224     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
225     {
226         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
227         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
228         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
229         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
230     }
231     else
232         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
233   }
234
235
236   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
237
238   template<PieceType Pt, Color Us>
239   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
240
241     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
242
243     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
244
245     // Initial bonus based on square
246     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
247
248     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
249     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
250     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
251     {
252         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
253             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
254             bonus += bonus + bonus / 2;
255         else
256             bonus += bonus / 2;
257     }
258
259     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
260   }
261
262
263   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
264
265   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
266   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
267
268     Bitboard b;
269     Square s;
270     Score score = SCORE_ZERO;
271
272     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
273     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
274     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
275
276     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
277
278     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
279     {
280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
284
285         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
286             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
287
288         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
289
290         if (b & ei.kingRing[Them])
291         {
292             ei.kingAttackersCount[Us]++;
293             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
294             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
295             if (bb)
296                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
297         }
298
299         if (Pt == QUEEN)
300             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
301                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
302                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
303
304         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
305                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
306
307         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
308
309         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
310         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
311         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
312             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
313
314         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
315         {
316             // Penalty for bishop with same colored pawns
317             if (Pt == BISHOP)
318                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
319
320             // Bishop and knight outpost square
321             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
322                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
323
324             // Bishop or knight behind a pawn
325             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
326                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
327                 score += MinorBehindPawn;
328         }
329
330         if (Pt == ROOK)
331         {
332             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
333             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
334             {
335                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
336                 if (pawns)
337                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
338             }
339
340             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
341             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
342                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
343
344             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
345                 continue;
346
347             Square ksq = pos.king_square(Us);
348
349             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
350             // king has lost its castling capability.
351             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
352                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
353                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
354                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
355         }
356
357         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
358         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
359         // when that pawn is also blocked.
360         if (   Pt == BISHOP
361             && pos.is_chess960()
362             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
363         {
364             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
365             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
366                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
367                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
368                                                                           : TrappedBishopA1H1;
369         }
370     }
371
372     if (Trace)
373         Tracing::write(Pt, Us, score);
374
375     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
376   }
377
378   template<>
379   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
380   template<>
381   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
382
383
384   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
385
386   template<Color Us, bool Trace>
387   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
388
389     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
390
391     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
392     int attackUnits;
393     const Square ksq = pos.king_square(Us);
394
395     // King shelter and enemy pawns storm
396     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
397
398     // Main king safety evaluation
399     if (ei.kingAttackersCount[Them])
400     {
401         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
402         // apart from the king itself
403         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
404                     & ei.attackedBy[Us][KING]
405                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
406                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
407                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
408
409         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
410         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
411         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
412         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
413         // the pawn shelter (current 'score' value).
414         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
415                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
416                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
417                      - mg_value(score) / 32
418                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
419
420         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
421         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
422         // queen...
423         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
424         if (b)
425         {
426             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
427             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
428                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
429
430             if (b)
431                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
432         }
433
434         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
435         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
436         // rooks...
437         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
438
439         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
440         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
441
442         if (b)
443         {
444             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
445             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
446                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
447
448             if (b)
449                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
450         }
451
452         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
453         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
454
455         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
456         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
457
458         // Enemy queen safe checks
459         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
460         if (b)
461             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
462
463         // Enemy rooks safe checks
464         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
465         if (b)
466             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
467
468         // Enemy bishops safe checks
469         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
470         if (b)
471             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
472
473         // Enemy knights safe checks
474         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
475         if (b)
476             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
477
478         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
479         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
480
481         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
482         // array and subtract the score from evaluation.
483         score -= KingDanger[attackUnits];
484     }
485
486     if (Trace)
487         Tracing::write(KING, Us, score);
488
489     return score;
490   }
491
492
493
494
495   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
496   // and the type of attacked one.
497
498   template<Color Us, bool Trace>
499   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
500
501     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
502
503     enum { Protected_Minor, Protected_Major, Minor, Major };
504     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
505     Score score = SCORE_ZERO;
506
507     // Enemies defended by a pawn and under our attack
508     protectedEnemies = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
509                        & ei.attackedBy[Them][PAWN]
510                        & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]);
511
512     if (protectedEnemies)
513     {
514         // Enemies defended by a pawn and under our attack by a minor piece
515         b = protectedEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
516         while (b)
517             score += Threat[Protected_Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
518
519         // Enemies defended by a pawn and under our attack by a ROOK
520         b = protectedEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
521         while (b)
522             score += Threat[Protected_Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
523     }
524
525     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
526     weakEnemies =   pos.pieces(Them)
527                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
528                  &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
529
530     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
531     if (weakEnemies)
532     {
533         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
534         while (b)
535             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
536
537         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
538         while (b)
539             score += Threat[Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
540
541         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
542         if (b)
543             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
544
545         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
546         if (b)
547             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
548     }
549
550     if (Trace)
551         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
552
553     return score;
554   }
555
556
557   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
558
559   template<Color Us, bool Trace>
560   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
561
562     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
563
564     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
565     Score score = SCORE_ZERO;
566
567     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
568
569     while (b)
570     {
571         Square s = pop_lsb(&b);
572
573         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
574
575         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
576         int rr = r * (r - 1);
577
578         // Base bonus based on rank
579         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
580
581         if (rr)
582         {
583             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
584
585             // Adjust bonus based on the king's proximity
586             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
587                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
588
589             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
590             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
591                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
592
593             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
594             if (pos.empty(blockSq))
595             {
596                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
597                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
598                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
599                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
600
601                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
602
603                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
604                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
605
606                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
607                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
608
609                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
610                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
611                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
612
613                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
614                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
615                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
616                     k += 6;
617
618                 else if (defendedSquares & blockSq)
619                     k += 4;
620
621                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
622             }
623             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
624                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
625         } // rr != 0
626
627         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
628             ebonus += ebonus / 4;
629
630         score += make_score(mbonus, ebonus);
631     }
632
633     if (Trace)
634         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
635
636     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
637     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
638   }
639
640
641   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
642   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
643   // possibility that pawns are unstoppable.
644
645   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
646
647     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
648
649     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
650   }
651
652
653   // evaluate_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 scaled by a weight taken from the
658   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
659   template<Color Us>
660   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
661
662     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
663
664     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
665     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
666     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
667     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
668                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
669                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
670                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
671
672     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
673     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
674     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
675     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
676
677     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
678     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
679
680     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
681     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
682   }
683
684
685   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
686
687   template<bool Trace>
688   Value do_evaluate(const Position& pos) {
689
690     assert(!pos.checkers());
691
692     EvalInfo ei;
693     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
694     Thread* thisThread = pos.this_thread();
695
696     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
697     // in the position object (material + piece square tables).
698     // Score is computed from the point of view of white.
699     score = pos.psq_score();
700
701     // Probe the material hash table
702     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
703     score += ei.mi->material_value();
704
705     // If we have a specialized evaluation function for the current material
706     // configuration, call it and return.
707     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
708         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
709
710     // Probe the pawn hash table
711     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
712     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
713
714     // Initialize attack and king safety bitboards
715     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
716     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
717
718     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
719     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
720
721     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
722     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
723                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
724
725     // Evaluate pieces and mobility
726     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
727     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
728
729     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
730     // information when computing the king safety evaluation.
731     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
732             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
733
734     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
735     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
736             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
737
738     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
739     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
740             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
741
742     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
743     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
744         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
745                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
746
747     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
748     if (ei.mi->space_weight())
749     {
750         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
751         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
752     }
753
754     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
755     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
756     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
757
758     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
759     // types of endgames, and use a lower scale for those.
760     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
761         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
762     {
763         if (pos.opposite_bishops())
764         {
765             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
766             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
767             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
768                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
769                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
770
771             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
772             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
773             else
774                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
775         }
776         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
777         // pawns are drawish.
778         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
779                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
780                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
781                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
782     }
783
784     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
785     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
786              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
787
788     v /= int(PHASE_MIDGAME);
789
790     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
791     if (Trace)
792     {
793         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
794         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
795         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
796         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
797                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
798         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
799         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
800         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
801         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
802         Tracing::ei = ei;
803         Tracing::sf = sf;
804     }
805
806     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
807   }
808
809
810   // Tracing function definitions
811
812   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
813
814   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
815
816   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
817
818     write(idx, WHITE, w);
819     write(idx, BLACK, b);
820   }
821
822   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
823
824     Score wScore = scores[WHITE][idx];
825     Score bScore = scores[BLACK][idx];
826
827     switch (idx) {
828     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
829         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
830            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
831            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
832         break;
833     default:
834         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
835            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
836            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
837            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
838            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
839            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
840            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
841     }
842   }
843
844   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
845
846     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
847
848     Value v = do_evaluate<true>(pos);
849     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
850
851     std::stringstream ss;
852     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
853        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
854        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
855        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
856
857     print(ss, "Material", MATERIAL);
858     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
859     print(ss, "Pawns", PAWN);
860     print(ss, "Knights", KNIGHT);
861     print(ss, "Bishops", BISHOP);
862     print(ss, "Rooks", ROOK);
863     print(ss, "Queens", QUEEN);
864     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
865     print(ss, "King safety", KING);
866     print(ss, "Threats", THREAT);
867     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
868     print(ss, "Space", SPACE);
869
870     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
871     print(ss, "Total", TOTAL);
872
873     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
874
875     return ss.str();
876   }
877
878 } // namespace
879
880
881 namespace Eval {
882
883   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
884   /// of the position always from the point of view of the side to move.
885
886   Value evaluate(const Position& pos) {
887     return do_evaluate<false>(pos);
888   }
889
890
891   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
892   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
893   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
894   /// debugging.
895   std::string trace(const Position& pos) {
896     return Tracing::do_trace(pos);
897   }
898
899
900   /// init() computes evaluation weights.
901
902   void init() {
903
904     const double MaxSlope = 30;
905     const double Peak = 1280;
906
907     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
908     {
909         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
910         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
911     }
912   }
913
914 } // namespace Eval