Combo
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
156
157   // Assorted bonuses and penalties
158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
161   constexpr Score Hanging            = S( 57, 32);
162   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
163   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
164   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
165   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
166   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
167   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
168   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 30);
169   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
170   constexpr Score ThreatByKing       = S( 22, 78);
171   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
172   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
173   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
174   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
175   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
176   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 15, 19);
177
178 #undef S
179
180   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
181   template<Tracing T>
182   class Evaluation {
183
184   public:
185     Evaluation() = delete;
186     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
187     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
188     Value value();
189
190   private:
191     template<Color Us> void initialize();
192     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
193     template<Color Us> Score king() const;
194     template<Color Us> Score threats() const;
195     template<Color Us> Score passed() const;
196     template<Color Us> Score space() const;
197     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
198     Score initiative(Value eg) const;
199
200     const Position& pos;
201     Material::Entry* me;
202     Pawns::Entry* pe;
203     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
204     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
205
206     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
207     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
208     // is also calculated is ALL_PIECES.
209     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
210
211     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
212     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
213     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
214     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
215
216     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
217     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
218     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
219     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
220     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
221
222     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
223     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
224     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
225
226     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
227     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
228     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
229     // the KingAttackWeights array.
230     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
231
232     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
233     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
234     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
235     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
236     // to kingAttacksCount[WHITE].
237     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
238   };
239
240
241   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
242   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
243   template<Tracing T> template<Color Us>
244   void Evaluation<T>::initialize() {
245
246     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
247     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
248     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
249     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
250
251     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
252     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
253
254     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
255     // are excluded from the mobility area.
256     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
257
258     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
259     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
260     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
262     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
263
264     // Init our king safety tables only if we are going to use them
265     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
266     {
267         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
268         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
269             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
270
271         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
272             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
273
274         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
275             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
276
277         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
279     }
280     else
281         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
282   }
283
284
285   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
286   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
287   Score Evaluation<T>::pieces() {
288
289     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
290     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
291     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
292                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
293     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
294
295     Bitboard b, bb;
296     Square s;
297     Score score = SCORE_ZERO;
298
299     attackedBy[Us][Pt] = 0;
300
301     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
302     {
303         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
304         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
305           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
306                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
307
308         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
309             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
310
311         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
312         attackedBy[Us][Pt] |= b;
313         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
314
315         if (b & kingRing[Them])
316         {
317             kingAttackersCount[Us]++;
318             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
319             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
320         }
321
322         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
323
324         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
325
326         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
327         {
328             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
329             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
330             if (bb & s)
331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
332
333             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
334                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
335
336             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
337             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
338                 score += MinorBehindPawn;
339
340             // Penalty if the piece is far from the king
341             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
342
343             if (Pt == BISHOP)
344             {
345                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
346                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
347                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
348
349                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
350                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
351
352                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
353                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
354                     score += LongDiagonalBishop;
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                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
365                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
366                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
367                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
368                                                                               : CorneredBishop;
369             }
370         }
371
372         if (Pt == ROOK)
373         {
374             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
375             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
376                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
377
378             // Bonus for rook on an open or semi-open file
379             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
380                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
381
382             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
383             else if (mob <= 3)
384             {
385                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
386                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
387                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
388             }
389         }
390
391         if (Pt == QUEEN)
392         {
393             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
394             Bitboard queenPinners;
395             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
396                 score -= WeakQueen;
397         }
398     }
399     if (T)
400         Trace::add(Pt, Us, score);
401
402     return score;
403   }
404
405
406   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
407   template<Tracing T> template<Color Us>
408   Score Evaluation<T>::king() const {
409
410     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
413
414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
415     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
416
417     // King shelter and enemy pawns storm
418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
419
420     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
421     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
422     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
423     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
424     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
425
426     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
427
428     // Main king safety evaluation
429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
430     {
431         int kingDanger = 0;
432         unsafeChecks = 0;
433
434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
436               & ~attackedBy2[Us]
437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
438
439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
440         safe  = ~pos.pieces(Them);
441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
442
443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
445
446         // Enemy queen safe checks
447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
448             kingDanger += QueenSafeCheck;
449
450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
452
453         // Enemy rooks checks
454         if (b1 & safe)
455             kingDanger += RookSafeCheck;
456         else
457             unsafeChecks |= b1;
458
459         // Enemy bishops checks
460         if (b2 & safe)
461             kingDanger += BishopSafeCheck;
462         else
463             unsafeChecks |= b2;
464
465         // Enemy knights checks
466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
467         if (b & safe)
468             kingDanger += KnightSafeCheck;
469         else
470             unsafeChecks |= b;
471
472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
473         // the square is in the attacker's mobility area.
474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
475
476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
477                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
478                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
479                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
480                      +   4 * tropism
481                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
482                      -   6 * mg_value(score) / 8
483                      -   30;
484
485         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
486         if (kingDanger > 0)
487         {
488             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
489             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
490             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
491         }
492     }
493
494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
496         score -= PawnlessFlank;
497
498     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
499     score -= CloseEnemies * tropism;
500
501     if (T)
502         Trace::add(KING, Us, score);
503
504     return score;
505   }
506
507
508   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
509   // attacking and the attacked pieces.
510   template<Tracing T> template<Color Us>
511   Score Evaluation<T>::threats() const {
512
513     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
514     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
515     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
516
517     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
518     Score score = SCORE_ZERO;
519
520     // Non-pawn enemies
521     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
522
523     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
524     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
525     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
526                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
527
528     // Non-pawn enemies, strongly protected
529     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
530
531     // Enemies not strongly protected and under our attack
532     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
533
534     // Safe or protected squares
535     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
536
537     // Bonus according to the kind of attacking pieces
538     if (defended | weak)
539     {
540         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
541         while (b)
542         {
543             Square s = pop_lsb(&b);
544             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
545             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
546                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
547         }
548
549         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
550         while (b)
551         {
552             Square s = pop_lsb(&b);
553             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
554             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
555                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
556         }
557
558         if (weak & attackedBy[Us][KING])
559             score += ThreatByKing;
560
561         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
562
563         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
564         score += Overload * popcount(b);
565     }
566
567     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
568     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
569         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
570
571     // Find squares where our pawns can push on the next move
572     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
573     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
574
575     // Keep only the squares which are relatively safe
576     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
577
578     // Bonus for safe pawn threats on the next move
579     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
580     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
581
582     // Our safe or protected pawns
583     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
584
585     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
586     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
587
588     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
589     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
590     {
591         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
592         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
593
594         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
595
596         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
597
598         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
599            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
600
601         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
602     }
603
604     if (T)
605         Trace::add(THREAT, Us, score);
606
607     return score;
608   }
609
610   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
611   // pawns of the given color.
612
613   template<Tracing T> template<Color Us>
614   Score Evaluation<T>::passed() const {
615
616     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
617     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
618
619     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
620       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
621     };
622
623     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
624     Score score = SCORE_ZERO;
625
626     b = pe->passed_pawns(Us);
627
628     while (b)
629     {
630         Square s = pop_lsb(&b);
631
632         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
633
634         int r = relative_rank(Us, s);
635         int w = PassedDanger[r];
636
637         Score bonus = PassedRank[r];
638
639         if (w)
640         {
641             Square blockSq = s + Up;
642
643             // Adjust bonus based on the king's proximity
644             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
645                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
646
647             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
648             if (r != RANK_7)
649                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
650
651             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
652             if (pos.empty(blockSq))
653             {
654                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
655                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
656                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
657                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
658
659                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
660
661                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
662                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
663
664                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
665                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
666
667                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
668                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
669                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
670
671                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
672                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
673                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
674                     k += 6;
675
676                 else if (defendedSquares & blockSq)
677                     k += 4;
678
679                 bonus += make_score(k * w, k * w);
680             }
681         } // w != 0
682
683         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
684         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
685         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
686             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
687             bonus = bonus / 2;
688
689         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
690     }
691
692     if (T)
693         Trace::add(PASSED, Us, score);
694
695     return score;
696   }
697
698
699   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
700   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
701   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
702   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
703   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
704   // improve play on game opening.
705
706   template<Tracing T> template<Color Us>
707   Score Evaluation<T>::space() const {
708
709     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
710         return SCORE_ZERO;
711
712     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
713     constexpr Bitboard SpaceMask =
714       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
715                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
716
717     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
718     Bitboard safe =   SpaceMask
719                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
720                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
721
722     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
723     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
724     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
725     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
726
727     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
728     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
729
730     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
731
732     if (T)
733         Trace::add(SPACE, Us, score);
734
735     return score;
736   }
737
738
739   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
740   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
741   // known attacking/defending status of the players.
742
743   template<Tracing T>
744   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
745
746     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
747                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
748
749     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
750                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
751
752     // Compute the initiative bonus for the attacking side
753     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
754                     + 12 * pos.count<PAWN>()
755                     + 12 * outflanking
756                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
757                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
758                     -118 ;
759
760     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
761     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
762     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
763     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
764
765     if (T)
766         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
767
768     return make_score(0, v);
769   }
770
771
772   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
773
774   template<Tracing T>
775   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
776
777     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
778     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
779
780     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
781     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
782     {
783         if (   pos.opposite_bishops()
784             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
785             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
786             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
787         else
788             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
789
790     }
791
792     return ScaleFactor(sf);
793   }
794
795
796   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
797   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
798   // of view of the side to move.
799
800   template<Tracing T>
801   Value Evaluation<T>::value() {
802
803     assert(!pos.checkers());
804
805     // Probe the material hash table
806     me = Material::probe(pos);
807
808     // If we have a specialized evaluation function for the current material
809     // configuration, call it and return.
810     if (me->specialized_eval_exists())
811         return me->evaluate(pos);
812
813     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
814     // the position object (material + piece square tables) and the material
815     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
816     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
817
818     // Probe the pawn hash table
819     pe = Pawns::probe(pos);
820     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
821
822     // Early exit if score is high
823     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
824     if (abs(v) > LazyThreshold)
825        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
826
827     // Main evaluation begins here
828
829     initialize<WHITE>();
830     initialize<BLACK>();
831
832     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
833     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
834             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
835             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
836             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
837
838     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
839
840     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
841             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
842             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
843             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
844
845     score += initiative(eg_value(score));
846
847     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
848     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
849     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
850        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
851
852     v /= int(PHASE_MIDGAME);
853
854     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
855     if (T)
856     {
857         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
858         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
859         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
860         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
861         Trace::add(TOTAL, score);
862     }
863
864     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
865            + Eval::Tempo;
866   }
867
868 } // namespace
869
870
871 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
872 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
873
874 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
875   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
876 }
877
878
879 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
880 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
881 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
882
883 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
884
885   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
886
887   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
888
889   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
890
891   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
892
893   std::stringstream ss;
894   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
895      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
896      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
897      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
898      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
899      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
900      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
901      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
902      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
903      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
904      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
905      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
906      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
907      << " King safety | " << Term(KING)
908      << "     Threats | " << Term(THREAT)
909      << "      Passed | " << Term(PASSED)
910      << "       Space | " << Term(SPACE)
911      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
912      << "       Total | " << Term(TOTAL);
913
914   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
915
916   return ss.str();
917 }