Speed up max_piece_type()
[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 #include "uci.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score scores[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void write(int idx, Color c, Score s);
88     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
89     void print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
90     std::string do_trace(const Position& pos);
91   }
92
93   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
94   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {318, 0}
97   };
98
99   typedef Value V;
100   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
103   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
104   // friendly pieces.
105   const Score MobilityBonus[][32] = {
106     {}, {},
107     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
108       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
109     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
110       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
111       S( 84, 79), S( 86, 81) },
112     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
113       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
114       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
115     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
116       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
117       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
119       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
120   };
121
122   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
123   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
124   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
125   {// A     B     C     D     E     F     G     H
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
127     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
128     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
129     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
130     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
131     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
132   {
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
136     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
137     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
138     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
139   };
140
141   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
142   // type attacks which one.
143   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
144     { S(0, 0), S(0, 38), S(32, 45), S(32, 45), S(41,100), S(35,104) }, // Minor
145     { S(0, 0), S(7, 28), S(20, 49), S(20, 49), S(8 , 42), S(23, 44) }  // Major
146   };
147
148   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
149   // type is attacked by an enemy pawn.
150   const Score ThreatenedByPawn[] = {
151     S(0, 0), S(0, 0), S(80, 119), S(80, 119), S(117, 199), S(127, 218)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
155   const Score KingOnOne        = S(2 , 58);
156   const Score KingOnMany       = S(6 ,125);
157   const Score RookOnPawn       = S(10, 28);
158   const Score RookOpenFile     = S(43, 21);
159   const Score RookSemiOpenFile = S(19, 10);
160   const Score BishopPawns      = S( 8, 12);
161   const Score MinorBehindPawn  = S(16,  0);
162   const Score TrappedRook      = S(92,  0);
163   const Score Unstoppable      = S( 0, 20);
164   const Score Hanging          = S(23, 20);
165
166   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
167   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
168   // happen in Chess960 games.
169   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
170
171   #undef S
172
173   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
174   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
175   // based on how many squares inside this area are safe and available for
176   // friendly minor pieces.
177   const Bitboard SpaceMask[] = {
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
179     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
180   };
181
182   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
183   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
184   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
185   // index to KingDanger[].
186   //
187   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
188   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
189
190   // Bonuses for enemy's safe checks
191   const int QueenContactCheck = 24;
192   const int RookContactCheck  = 16;
193   const int QueenCheck        = 12;
194   const int RookCheck         = 8;
195   const int BishopCheck       = 2;
196   const int KnightCheck       = 3;
197
198   // KingDanger[attackUnits] contains the actual king danger weighted
199   // scores, indexed by a calculated integer number.
200   Score KingDanger[128];
201
202   const int ScalePawnSpan[2] = { 38, 56 };
203
204   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
205   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
206     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
207   }
208
209
210   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
211   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
212
213   template<Color Us>
214   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
215
216     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
218
219     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
220
221     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
222     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
223
224     // Init king safety tables only if we are going to use them
225     if (pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
226     {
227         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
228         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
229         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
230         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
231     }
232     else
233         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
234   }
235
236
237   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
238
239   template<PieceType Pt, Color Us>
240   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
241
242     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
243
244     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
245
246     // Initial bonus based on square
247     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
248
249     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
250     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
251     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
252     {
253         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
254             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
255             bonus += bonus + bonus / 2;
256         else
257             bonus += bonus / 2;
258     }
259
260     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
261   }
262
263
264   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
265
266   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
267   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
268
269     Bitboard b;
270     Square s;
271     Score score = SCORE_ZERO;
272
273     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
274     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
275     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
276
277     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
278
279     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
280     {
281         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
282         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
283           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
284                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
285
286         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
287             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
288
289         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
290
291         if (b & ei.kingRing[Them])
292         {
293             ei.kingAttackersCount[Us]++;
294             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
295             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
296             if (bb)
297                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
298         }
299
300         if (Pt == QUEEN)
301             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
302                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
303                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
304
305         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
306                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
307
308         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
309
310         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
311         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
312         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
313             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
314
315         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
316         {
317             // Penalty for bishop with same colored pawns
318             if (Pt == BISHOP)
319                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
320
321             // Bishop and knight outpost square
322             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
323                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
324
325             // Bishop or knight behind a pawn
326             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
327                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
328                 score += MinorBehindPawn;
329         }
330
331         if (Pt == ROOK)
332         {
333             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
334             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
335             {
336                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
337                 if (pawns)
338                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
339             }
340
341             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
342             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
343                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiOpenFile;
344
345             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
346                 continue;
347
348             Square ksq = pos.king_square(Us);
349
350             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
351             // king has lost its castling capability.
352             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
354                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
355                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
356         }
357
358         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
359         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
360         // when that pawn is also blocked.
361         if (   Pt == BISHOP
362             && pos.is_chess960()
363             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
364         {
365             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
366             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
367                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
368                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
369                                                                           : TrappedBishopA1H1;
370         }
371     }
372
373     if (Trace)
374         Tracing::write(Pt, Us, score);
375
376     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
377   }
378
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381   template<>
382   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
383
384
385   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
386
387   template<Color Us, bool Trace>
388   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
389
390     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
391
392     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
393     int attackUnits;
394     const Square ksq = pos.king_square(Us);
395
396     // King shelter and enemy pawns storm
397     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
398
399     // Main king safety evaluation
400     if (ei.kingAttackersCount[Them])
401     {
402         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
403         // apart from the king itself
404         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
405                     & ei.attackedBy[Us][KING]
406                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
407                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
408                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
409
410         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
411         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
412         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
413         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
414         // the pawn shelter (current 'score' value).
415         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
416                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
417                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
418                      - mg_value(score) / 32
419                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 15;
420
421         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
422         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
423         // queen...
424         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
425         if (b)
426         {
427             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
428             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
429                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
430
431             if (b)
432                 attackUnits +=  QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
433         }
434
435         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
436         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
437         // rooks...
438         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
439
440         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
441         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
442
443         if (b)
444         {
445             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
446             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
447                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
448
449             if (b)
450                 attackUnits +=  RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
451         }
452
453         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
454         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
455
456         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
457         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
458
459         // Enemy queen safe checks
460         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
461         if (b)
462             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
463
464         // Enemy rooks safe checks
465         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
466         if (b)
467             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
468
469         // Enemy bishops safe checks
470         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
471         if (b)
472             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
473
474         // Enemy knights safe checks
475         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
476         if (b)
477             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
478
479         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
480         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
481
482         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
483         // array and subtract the score from evaluation.
484         score -= KingDanger[attackUnits];
485     }
486
487     if (Trace)
488         Tracing::write(KING, Us, score);
489
490     return score;
491   }
492
493
494   // max_piece_type() is a helper function used by evaluate_threats() to get
495   // the value of the biggest PieceType of color C in 'target' bitboard.
496
497   template<Color C>
498   inline PieceType max_piece_type(const Position& pos, const Bitboard target) {
499
500     assert(target & (pos.pieces(C) ^ pos.pieces(C, KING)));
501
502     PieceType pt;
503     for (pt = QUEEN; pt >= KNIGHT; --pt)
504         if (target & pos.pieces(C, pt))
505             break;
506
507     return pt;
508   }
509
510
511   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
512   // and the type of attacked one.
513
514   template<Color Us, bool Trace>
515   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
516
517     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
518
519     enum { Minor, Major };
520
521     Bitboard b, weakEnemies, protectedEnemies;
522     Score score = SCORE_ZERO;
523
524     // Enemies defended by a pawn and under our attack by a minor piece
525     protectedEnemies =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
526                       &  ei.attackedBy[Them][PAWN]
527                       & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
528
529     if (protectedEnemies)
530         score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, protectedEnemies)];
531
532     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
533     weakEnemies =   pos.pieces(Them)
534                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
535                  &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
536
537     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
538     if (weakEnemies)
539     {
540         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
541         if (b)
542             score += Threat[Minor][max_piece_type<Them>(pos, b)];
543
544         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
545         if (b)
546             score += Threat[Major][max_piece_type<Them>(pos, b)];
547
548         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
549         if (b)
550             score += more_than_one(b) ? Hanging * popcount<Max15>(b) : Hanging;
551
552         b = weakEnemies & ei.attackedBy[Us][KING];
553         if (b)
554             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
555     }
556
557     if (Trace)
558         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
559
560     return score;
561   }
562
563
564   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
565
566   template<Color Us, bool Trace>
567   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
568
569     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
570
571     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
572     Score score = SCORE_ZERO;
573
574     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
575
576     while (b)
577     {
578         Square s = pop_lsb(&b);
579
580         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
581
582         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
583         int rr = r * (r - 1);
584
585         // Base bonus based on rank
586         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
587
588         if (rr)
589         {
590             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
591
592             // Adjust bonus based on the king's proximity
593             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
594                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
595
596             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
597             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
598                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
599
600             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
601             if (pos.empty(blockSq))
602             {
603                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
604                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
605                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
606                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
607
608                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
609
610                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
611                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
612
613                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
614                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
615
616                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
617                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
618                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
619
620                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
621                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
622                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
623                     k += 6;
624
625                 else if (defendedSquares & blockSq)
626                     k += 4;
627
628                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
629             }
630             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
631                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
632         } // rr != 0
633
634         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
635             ebonus += ebonus / 4;
636
637         score += make_score(mbonus, ebonus);
638     }
639
640     if (Trace)
641         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, apply_weight(score, Weights[PassedPawns]));
642
643     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
644     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
645   }
646
647
648   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced passed pawn. In case
649   // both players have no pieces but pawns, this is somewhat related to the
650   // possibility that pawns are unstoppable.
651
652   Score evaluate_unstoppable_pawns(Color us, const EvalInfo& ei) {
653
654     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us);
655
656     return b ? Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b))) : SCORE_ZERO;
657   }
658
659
660   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
661   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
662   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
663   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
664   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
665   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
666   template<Color Us>
667   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
668
669     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
670
671     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
672     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
673     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
674     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
675                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
676                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
677                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
678
679     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
680     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
681     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
682     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
683
684     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
685     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
686
687     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
688     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
689   }
690
691
692   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
693
694   template<bool Trace>
695   Value do_evaluate(const Position& pos) {
696
697     assert(!pos.checkers());
698
699     EvalInfo ei;
700     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
701     Thread* thisThread = pos.this_thread();
702
703     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
704     // in the position object (material + piece square tables).
705     // Score is computed from the point of view of white.
706     score = pos.psq_score();
707
708     // Probe the material hash table
709     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
710     score += ei.mi->material_value();
711
712     // If we have a specialized evaluation function for the current material
713     // configuration, call it and return.
714     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
715         return ei.mi->evaluate(pos) + Eval::Tempo;
716
717     // Probe the pawn hash table
718     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
719     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
720
721     // Initialize attack and king safety bitboards
722     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
723     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
724
725     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
726     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
727
728     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
729     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
730                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
731
732     // Evaluate pieces and mobility
733     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
734     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
735
736     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
737     // information when computing the king safety evaluation.
738     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
739             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
740
741     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
742     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
743             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
744
745     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
746     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
747             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
748
749     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
750     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
751         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(WHITE, ei)
752                 - evaluate_unstoppable_pawns(BLACK, ei);
753
754     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
755     if (ei.mi->space_weight())
756     {
757         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
758         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
759     }
760
761     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
762     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
763     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
764
765     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
766     // types of endgames, and use a lower scale for those.
767     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
768         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
769     {
770         if (pos.opposite_bishops()) {
771             // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
772             // other pieces?
773             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
774                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
775             {
776                 // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
777                 // certainly a draw or at least two pawns.
778                 bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
779                 sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
780             }
781             else
782                 // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
783                 // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
784                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
785         } else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
786                    &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
787                    && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide))) {
788             // Endings where weaker side can be place his king in front of the opponent's pawns are drawish.
789             sf = ScaleFactor(ScalePawnSpan[ei.pi->pawn_span(strongSide)]);
790         }
791     }
792
793     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
794     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
795              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
796
797     v /= int(PHASE_MIDGAME);
798
799     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
800     if (Trace)
801     {
802         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
803         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
804         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_value());
805         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
806                                         , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
807         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
808         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
809         Tracing::write(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
810         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
811         Tracing::ei = ei;
812         Tracing::sf = sf;
813     }
814
815     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo;
816   }
817
818
819   // Tracing function definitions
820
821   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
822
823   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
824
825   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
826
827     write(idx, WHITE, w);
828     write(idx, BLACK, b);
829   }
830
831   void Tracing::print(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
832
833     Score wScore = scores[WHITE][idx];
834     Score bScore = scores[BLACK][idx];
835
836     switch (idx) {
837     case MATERIAL: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
838         ss << std::setw(15) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
839            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
840            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
841         break;
842     default:
843         ss << std::setw(15) << name << " | " << std::noshowpos
844            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
845            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
846            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
847            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
848            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
849            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
850     }
851   }
852
853   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
854
855     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
856
857     Value v = do_evaluate<true>(pos);
858     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
859
860     std::stringstream ss;
861     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
862        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
863        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
864        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
865
866     print(ss, "Material", MATERIAL);
867     print(ss, "Imbalance", IMBALANCE);
868     print(ss, "Pawns", PAWN);
869     print(ss, "Knights", KNIGHT);
870     print(ss, "Bishops", BISHOP);
871     print(ss, "Rooks", ROOK);
872     print(ss, "Queens", QUEEN);
873     print(ss, "Mobility", MOBILITY);
874     print(ss, "King safety", KING);
875     print(ss, "Threats", THREAT);
876     print(ss, "Passed pawns", PASSED);
877     print(ss, "Space", SPACE);
878
879     ss << "----------------+-------------+-------------+-------------\n";
880     print(ss, "Total", TOTAL);
881
882     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
883
884     return ss.str();
885   }
886
887 } // namespace
888
889
890 namespace Eval {
891
892   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
893   /// of the position always from the point of view of the side to move.
894
895   Value evaluate(const Position& pos) {
896     return do_evaluate<false>(pos);
897   }
898
899
900   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
901   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
902   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
903   /// debugging.
904   std::string trace(const Position& pos) {
905     return Tracing::do_trace(pos);
906   }
907
908
909   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
910   /// and setup king tables.
911
912   void init() {
913
914     const double MaxSlope = 30;
915     const double Peak = 1280;
916
917     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
918     {
919         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
920         KingDanger[i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingSafety]);
921     }
922   }
923
924 } // namespace Eval