TrappedRook value and King positional tables
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(21, 4), S(47, 25) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(6, 32), S(59, 41), S(79, 56), S(90, 119), S(79, 161)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(3, 44), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
127   };
128
129   // Assorted bonuses and penalties
130   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
131   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
132   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
133   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
134   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
135   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
136   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
137   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
138   constexpr Score Outpost            = S( 30, 21);
139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
142   constexpr Score ReachableOutpost   = S( 32, 10);
143   constexpr Score RookOnQueenFile    = S(  7,  6);
144   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
145   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
146   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
148   constexpr Score TrappedRook        = S( 52, 10);
149   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
150
151 #undef S
152
153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
154   template<Tracing T>
155   class Evaluation {
156
157   public:
158     Evaluation() = delete;
159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
161     Value value();
162
163   private:
164     template<Color Us> void initialize();
165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
166     template<Color Us> Score king() const;
167     template<Color Us> Score threats() const;
168     template<Color Us> Score passed() const;
169     template<Color Us> Score space() const;
170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
171     Score initiative(Score score) const;
172
173     const Position& pos;
174     Material::Entry* me;
175     Pawns::Entry* pe;
176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
178
179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
181     // is also calculated is ALL_PIECES.
182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
183
184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
187
188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
189     // very near squares, depending on king position.
190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
191
192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
195
196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
199     // the KingAttackWeights array.
200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
201
202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
206     // to kingAttacksCount[WHITE].
207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
208   };
209
210
211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
213   template<Tracing T> template<Color Us>
214   void Evaluation<T>::initialize() {
215
216     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
217     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
218     constexpr Direction Down = -Up;
219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
220
221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
222
223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
224
225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
227
228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
229     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
231
232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
237
238     // Init our king safety tables
239     Square s = make_square(clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
240                            clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
241     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
242
243     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
244     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
245
246     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
247     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
248   }
249
250
251   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
252   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
253   Score Evaluation<T>::pieces() {
254
255     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
256     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
257     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
258                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
260
261     Bitboard b, bb;
262     Score score = SCORE_ZERO;
263
264     attackedBy[Us][Pt] = 0;
265
266     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
267     {
268         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
269         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
270           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
271                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
272
273         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
274             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
275
276         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
277         attackedBy[Us][Pt] |= b;
278         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
279
280         if (b & kingRing[Them])
281         {
282             kingAttackersCount[Us]++;
283             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
284             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
285         }
286
287         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
288
289         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
290
291         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
292         {
293             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
294             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
295             if (bb & s)
296                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
297
298             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
299                 score += ReachableOutpost;
300
301             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
302             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
303                 score += MinorBehindPawn;
304
305             // Penalty if the piece is far from the king
306             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
307
308             if (Pt == BISHOP)
309             {
310                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
311                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
312                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
313
314                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
315                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
316
317                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
318                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
319                     score += LongDiagonalBishop;
320             }
321
322             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
323             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
324             // when that pawn is also blocked.
325             if (   Pt == BISHOP
326                 && pos.is_chess960()
327                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
328             {
329                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
330                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
331                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
332                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
333                                                                               : CorneredBishop;
334             }
335         }
336
337         if (Pt == ROOK)
338         {
339             // Bonus for rook on the same file as a queen
340             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
341                 score += RookOnQueenFile;
342
343             // Bonus for rook on an open or semi-open file
344             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
345                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
346
347             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
348             else if (mob <= 3)
349             {
350                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
351                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
352                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
353             }
354         }
355
356         if (Pt == QUEEN)
357         {
358             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
359             Bitboard queenPinners;
360             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
361                 score -= WeakQueen;
362         }
363     }
364     if (T)
365         Trace::add(Pt, Us, score);
366
367     return score;
368   }
369
370
371   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
372   template<Tracing T> template<Color Us>
373   Score Evaluation<T>::king() const {
374
375     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
376     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
377                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
378
379     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
380     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
381     int kingDanger = 0;
382     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
383
384     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
385     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
386
387     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
388     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
389           & ~attackedBy2[Us]
390           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
391
392     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
393     safe  = ~pos.pieces(Them);
394     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
395
396     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
397     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
398
399     // Enemy rooks checks
400     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
401
402     if (rookChecks)
403         kingDanger += RookSafeCheck;
404     else
405         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
406
407     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
408     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
409     queenChecks =  (b1 | b2)
410                  & attackedBy[Them][QUEEN]
411                  & safe
412                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
413                  & ~rookChecks;
414
415     if (queenChecks)
416         kingDanger += QueenSafeCheck;
417
418     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
419     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
420     bishopChecks =  b2
421                   & attackedBy[Them][BISHOP]
422                   & safe
423                   & ~queenChecks;
424
425     if (bishopChecks)
426         kingDanger += BishopSafeCheck;
427     else
428         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
429
430     // Enemy knights checks
431     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
432
433     if (knightChecks & safe)
434         kingDanger += KnightSafeCheck;
435     else
436         unsafeChecks |= knightChecks;
437
438     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
439     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
440     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
441     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
442     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
443
444     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
445     int kingFlankDefense = popcount(b3);
446
447     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
448                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
449                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
450                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
451                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
452                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
453                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
454                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
455                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
456                  -   6 * mg_value(score) / 8
457                  -   4 * kingFlankDefense
458                  +  37;
459
460     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
461     if (kingDanger > 100)
462         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
463
464     // Penalty when our king is on a pawnless flank
465     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
466         score -= PawnlessFlank;
467
468     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
469     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
470
471     if (T)
472         Trace::add(KING, Us, score);
473
474     return score;
475   }
476
477
478   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
479   // attacking and the attacked pieces.
480   template<Tracing T> template<Color Us>
481   Score Evaluation<T>::threats() const {
482
483     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
484     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
485     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
486
487     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
488     Score score = SCORE_ZERO;
489
490     // Non-pawn enemies
491     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
492
493     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
494     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
495     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
496                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
497
498     // Non-pawn enemies, strongly protected
499     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
500
501     // Enemies not strongly protected and under our attack
502     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
503
504     // Bonus according to the kind of attacking pieces
505     if (defended | weak)
506     {
507         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
508         while (b)
509             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
510
511         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
512         while (b)
513             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
514
515         if (weak & attackedBy[Us][KING])
516             score += ThreatByKing;
517
518         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
519            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
520         score += Hanging * popcount(weak & b);
521     }
522
523     // Bonus for restricting their piece moves
524     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
525        & ~stronglyProtected
526        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
527
528     score += RestrictedPiece * popcount(b);
529
530     // Protected or unattacked squares
531     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
532
533     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
534     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
535     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
536     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
537
538     // Find squares where our pawns can push on the next move
539     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
540     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
541
542     // Keep only the squares which are relatively safe
543     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
544
545     // Bonus for safe pawn threats on the next move
546     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
547     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
548
549     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
550     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
551     {
552         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
553         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
554
555         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
556
557         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
558
559         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
560            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
561
562         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
563     }
564
565     if (T)
566         Trace::add(THREAT, Us, score);
567
568     return score;
569   }
570
571   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
572   // pawns of the given color.
573
574   template<Tracing T> template<Color Us>
575   Score Evaluation<T>::passed() const {
576
577     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
578     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
579
580     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
581       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
582     };
583
584     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
585     Score score = SCORE_ZERO;
586
587     b = pe->passed_pawns(Us);
588
589     while (b)
590     {
591         Square s = pop_lsb(&b);
592
593         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
594
595         int r = relative_rank(Us, s);
596
597         Score bonus = PassedRank[r];
598
599         if (r > RANK_3)
600         {
601             int w = 5 * r - 13;
602             Square blockSq = s + Up;
603
604             // Adjust bonus based on the king's proximity
605             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
606                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
607
608             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
609             if (r != RANK_7)
610                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
611
612             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
613             if (pos.empty(blockSq))
614             {
615                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
616                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
617
618                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
619
620                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
621                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
622
623                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
624                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
625                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
626                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
627                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
628                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
629                                                              0 ;
630
631                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
632                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
633                     k += 5;
634
635                 bonus += make_score(k * w, k * w);
636             }
637         } // r > RANK_3
638
639         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
640         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
641         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
642             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
643             bonus = bonus / 2;
644
645         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(file_of(s));
646     }
647
648     if (T)
649         Trace::add(PASSED, Us, score);
650
651     return score;
652   }
653
654
655   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
656   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
657   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
658   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
659   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
660   // improve play on game opening.
661
662   template<Tracing T> template<Color Us>
663   Score Evaluation<T>::space() const {
664
665     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
666         return SCORE_ZERO;
667
668     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
669     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
670     constexpr Bitboard SpaceMask =
671       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
672                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
673
674     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
675     Bitboard safe =   SpaceMask
676                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
677                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
678
679     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
680     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
681     behind |= shift<Down>(behind);
682     behind |= shift<Down+Down>(behind);
683
684     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
685     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
686     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
687
688     if (T)
689         Trace::add(SPACE, Us, score);
690
691     return score;
692   }
693
694
695   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
696   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
697   // known attacking/defending status of the players.
698
699   template<Tracing T>
700   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
701
702     Value mg = mg_value(score);
703     Value eg = eg_value(score);
704
705     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
706                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
707
708     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
709                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
710
711     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
712                            &&  outflanking < 0
713                            && !pawnsOnBothFlanks;
714
715     // Compute the initiative bonus for the attacking side
716     int complexity =   9 * pe->passed_count()
717                     + 11 * pos.count<PAWN>()
718                     +  9 * outflanking
719                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
720                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
721                     - 43 * almostUnwinnable
722                     - 95 ;
723
724     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
725     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
726     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
727     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
728     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
729
730     if (T)
731         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
732
733     return make_score(u, v);
734   }
735
736
737   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
738
739   template<Tracing T>
740   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
741
742     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
743     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
744
745     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
746     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
747     {
748         if (   pos.opposite_bishops()
749             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
750             sf = 22 ;
751         else
752             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
753
754         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
755     }
756
757     return ScaleFactor(sf);
758   }
759
760
761   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
762   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
763   // of view of the side to move.
764
765   template<Tracing T>
766   Value Evaluation<T>::value() {
767
768     assert(!pos.checkers());
769
770     // Probe the material hash table
771     me = Material::probe(pos);
772
773     // If we have a specialized evaluation function for the current material
774     // configuration, call it and return.
775     if (me->specialized_eval_exists())
776         return me->evaluate(pos);
777
778     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
779     // the position object (material + piece square tables) and the material
780     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
781     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
782
783     // Probe the pawn hash table
784     pe = Pawns::probe(pos);
785     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
786
787     // Early exit if score is high
788     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
789     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
790        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
791
792     // Main evaluation begins here
793
794     initialize<WHITE>();
795     initialize<BLACK>();
796
797     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
798     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
799             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
800             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
801             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
802
803     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
804
805     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
806             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
807             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
808             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
809
810     score += initiative(score);
811
812     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
813     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
814     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
815        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
816
817     v /= PHASE_MIDGAME;
818
819     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
820     if (T)
821     {
822         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
823         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
824         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
825         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
826         Trace::add(TOTAL, score);
827     }
828
829     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
830            + Eval::Tempo;
831   }
832
833 } // namespace
834
835
836 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
837 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
838
839 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
840   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
841 }
842
843
844 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
845 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
846 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
847
848 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
849
850   if (pos.checkers())
851       return "Total evaluation: none (in check)";
852
853   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
854
855   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
856
857   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
858
859   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
860
861   std::stringstream ss;
862   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
863      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
864      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
865      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
866      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
867      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
868      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
869      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
870      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
871      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
872      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
873      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
874      << " King safety | " << Term(KING)
875      << "     Threats | " << Term(THREAT)
876      << "      Passed | " << Term(PASSED)
877      << "       Space | " << Term(SPACE)
878      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
879      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
880      << "       Total | " << Term(TOTAL);
881
882   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
883
884   return ss.str();
885 }