Remove scalefactor dependency
[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) 2015-2016 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
32 namespace {
33
34   namespace Trace {
35
36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
38     };
39
40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
41
42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44     void add(int idx, Color c, Score s) {
45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
47     }
48
49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
51     }
52
53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
54
55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
57       else
58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
62
63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
65
66       return os;
67     }
68   }
69
70   using namespace Trace;
71
72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
73   // by the evaluation functions.
74   struct EvalInfo {
75
76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
79
80     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
81     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
82     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
83     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
84     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
85     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
86     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
87
88     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
89     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
90     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
91
92     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
93     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
94     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
95     // KingAttackWeights array.
96     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
97
98     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
99     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
100     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
101     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
102     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
103     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
104
105     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
106     Material::Entry* me;
107     Pawns::Entry* pi;
108   };
109
110   #define V(v) Value(v)
111   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
112
113   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
114   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
115   const Score MobilityBonus[][32] = {
116     {}, {},
117     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
118       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
119     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
120       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
121       S( 92, 90), S( 97, 94) },
122     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
123       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
124       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
125     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
126       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
127       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
128       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
129       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
130   };
131
132   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
133   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
134   const Score Outpost[][2] = {
135     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
136     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
137   };
138
139   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
140   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
141   // if outpost square is supported by a pawn.
142   const Score ReachableOutpost[][2] = {
143     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
144     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
145   };
146
147   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
148   // friendly pawn on the rook file.
149   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
150
151   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
152   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
153   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
154     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
155
156   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
157   // bonuses according to which piece type attacks which one.
158   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
159   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
160     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
161     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
162   };
163
164   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
165   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
166   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
167
168   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
169   // We don't use a Score because we process the two components independently.
170   const Value Passed[][RANK_NB] = {
171     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
172     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
173   };
174
175   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
176   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
177     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
178     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
179   };
180
181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
182   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
183   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
184   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
185   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
186   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
187   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
188   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
189   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
190   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
191   const Score Hanging             = S(48, 27);
192   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
193   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
194
195   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
196   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
197   // happen in Chess960 games.
198   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
199
200   #undef S
201   #undef V
202
203   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
204   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
205   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
206   // index to KingDanger[].
207   Score KingDanger[512];
208
209   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
210   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
211
212   // Penalties for enemy's safe checks
213   const int QueenContactCheck = 89;
214   const int QueenCheck        = 62;
215   const int RookCheck         = 57;
216   const int BishopCheck       = 48;
217   const int KnightCheck       = 78;
218
219
220   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
221   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
222
223   template<Color Us>
224   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
225
226     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
227     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
228
229     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
230     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
231     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
232     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
233
234     // Init king safety tables only if we are going to use them
235     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
236     {
237         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
238         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
239         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
240         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
241     }
242     else
243         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
244   }
245
246
247   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
248   // color and type.
249
250   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
251   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
252                         const Bitboard* mobilityArea) {
253     Bitboard b, bb;
254     Square s;
255     Score score = SCORE_ZERO;
256
257     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
258     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
259     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
260                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
261     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
262
263     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
264
265     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
266     {
267         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
268         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
269           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
270                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
271
272         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
273             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
274
275         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
276
277         if (b & ei.kingRing[Them])
278         {
279             ei.kingAttackersCount[Us]++;
280             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
281             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
282         }
283
284         if (Pt == QUEEN)
285             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
286                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
287                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
288
289         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
290
291         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
292
293         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
294         {
295             // Bonus for outpost squares
296             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
297             if (bb & s)
298                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
299             else
300             {
301                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
302                 if (bb)
303                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
304             }
305
306             // Bonus when behind a pawn
307             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
308                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
309                 score += MinorBehindPawn;
310
311             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
312             if (Pt == BISHOP)
313                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
314
315             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
316             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
317             // when that pawn is also blocked.
318             if (   Pt == BISHOP
319                 && pos.is_chess960()
320                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
321             {
322                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
323                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
324                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
325                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
326                                                                               : TrappedBishopA1H1;
327             }
328         }
329
330         if (Pt == ROOK)
331         {
332             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
333             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
334                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
335
336             // Bonus when on an open or semi-open file
337             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
338                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
339
340             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
341             else if (mob <= 3)
342             {
343                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
344
345                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
346                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
347                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
348                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
349             }
350         }
351
352         if (Pt == QUEEN)
353         {
354             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
355             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(), pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s))
356                 score -= WeakQueen;
357         }
358     }
359
360     if (DoTrace)
361         Trace::add(Pt, Us, score);
362
363     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
364     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
365   }
366
367   template<>
368   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
369   template<>
370   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
371
372
373   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
374
375   template<Color Us, bool DoTrace>
376   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
377
378     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
379     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
380
381     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
382     int attackUnits;
383     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
384
385     // King shelter and enemy pawns storm
386     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
387
388     // Main king safety evaluation
389     if (ei.kingAttackersCount[Them])
390     {
391         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
392         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
393                     & ei.attackedBy[Us][KING]
394                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
395                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
396                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
397
398         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
399         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
400            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
401
402         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
403         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
404         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
405         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
406         // the pawn shelter (current 'score' value).
407         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
408                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
409                      + 21 * popcount(undefended)
410                      + 12 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
411                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
412                      - mg_value(score) / 8;
413
414         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
415         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
416         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
417         if (b)
418         {
419             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
420             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
421                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
422                 | ei.attackedBy[Them][KING];
423
424             attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b);
425         }
426
427         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
428         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
429
430         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
431         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
432         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
433                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift_bb<Up>(pos.pieces(PAWN))));
434
435         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
436         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
437
438         // Enemy queen safe checks
439         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
440             attackUnits += QueenCheck, score -= SafeCheck;
441
442         // Enemy rooks safe and other checks
443         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
444             attackUnits += RookCheck, score -= SafeCheck;
445
446         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
447             score -= OtherCheck;
448
449         // Enemy bishops safe and other checks
450         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
451             attackUnits += BishopCheck, score -= SafeCheck;
452
453         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
454             score -= OtherCheck;
455
456         // Enemy knights safe and other checks
457         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
458         if (b & safe)
459             attackUnits += KnightCheck, score -= SafeCheck;
460
461         else if (b & other)
462             score -= OtherCheck;
463
464         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
465         // array and subtract the score from the evaluation.
466         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
467     }
468
469     if (DoTrace)
470         Trace::add(KING, Us, score);
471
472     return score;
473   }
474
475
476   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
477   // and the attacked pieces.
478
479   template<Color Us, bool DoTrace>
480   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
481
482     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
483     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
484     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
485     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
486     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
487     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
488
489     enum { Minor, Rook };
490
491     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
492     Score score = SCORE_ZERO;
493
494     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
495     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
496         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
497         score += LooseEnemies;
498
499     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
500     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
501
502     if (weak)
503     {
504         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
505                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
506
507         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
508
509         if (weak ^ safeThreats)
510             score += ThreatByHangingPawn;
511
512         while (safeThreats)
513             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
514     }
515
516     // Non-pawn enemies defended by a pawn
517     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
518
519     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
520     weak =   pos.pieces(Them)
521           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
522           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
523
524     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
525     if (defended | weak)
526     {
527         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
528         while (b)
529             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
530
531         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
532         while (b)
533             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
534
535         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
536
537         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
538         if (b)
539             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
540     }
541
542     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
543     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
544     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
545
546     b &=  ~pos.pieces()
547         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
548         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
549
550     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
551        &  pos.pieces(Them)
552        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
553
554     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
555
556     if (DoTrace)
557         Trace::add(THREAT, Us, score);
558
559     return score;
560   }
561
562
563   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
564
565   template<Color Us, bool DoTrace>
566   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
567
568     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
569
570     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
571     Score score = SCORE_ZERO;
572
573     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
574
575     while (b)
576     {
577         Square s = pop_lsb(&b);
578
579         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
580
581         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
582         int rr = r * (r - 1);
583
584         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
585
586         if (rr)
587         {
588             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
589
590             // Adjust bonus based on the king's proximity
591             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
592                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
593
594             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
595             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
596                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
597
598             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
599             if (pos.empty(blockSq))
600             {
601                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
602                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
603                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
604                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
605
606                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
607
608                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
609                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
610
611                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
612                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
613
614                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
615                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
616                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
617
618                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
619                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
620                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
621                     k += 6;
622
623                 else if (defendedSquares & blockSq)
624                     k += 4;
625
626                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
627             }
628             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
629                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
630         } // rr != 0
631
632         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
633     }
634
635     if (DoTrace)
636         Trace::add(PASSED, Us, score);
637
638     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
639     return score;
640   }
641
642
643   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
644   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
645   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
646   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
647   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
648   // improve play on game opening.
649   template<Color Us>
650   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
651
652     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
653     const Bitboard SpaceMask =
654       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
655                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
656
657     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
658     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
659     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
660     Bitboard safe =   SpaceMask
661                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
662                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
663                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
664
665     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
666     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
667     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
668     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
669
670     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
671     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
672
673     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
674     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
675     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
676                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
677
678     return make_score(bonus * weight * weight * 2 / 11, 0);
679   }
680
681
682   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
683   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
684   // status of the players.
685   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
686
687     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
688                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
689     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
690
691     // Compute the initiative bonus for the attacking side
692     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
693
694     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
695     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
696     // that the endgame score will never be divided by more than two.
697     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
698
699     return make_score(0, value);
700   }
701
702
703   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
704   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
705
706     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
707     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
708
709     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
710     // types of endgames, and use a lower scale for those.
711     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
712         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
713     {
714         if (pos.opposite_bishops())
715         {
716             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
717             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
718             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
719                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
720                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
721
722             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
723             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
724             else
725                 sf = ScaleFactor(46);
726         }
727         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
728         // pawns are drawish.
729         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
730                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
731                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
732             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
733     }
734
735     return sf;
736   }
737
738 } // namespace
739
740
741 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
742 /// of the position from the point of view of the side to move.
743
744 template<bool DoTrace>
745 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
746
747   assert(!pos.checkers());
748
749   EvalInfo ei;
750   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
751
752   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
753   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
754   // internally from the white point of view.
755   score = pos.psq_score();
756
757   // Probe the material hash table
758   ei.me = Material::probe(pos);
759   score += ei.me->imbalance();
760
761   // If we have a specialized evaluation function for the current material
762   // configuration, call it and return.
763   if (ei.me->specialized_eval_exists())
764       return ei.me->evaluate(pos);
765
766   // Probe the pawn hash table
767   ei.pi = Pawns::probe(pos);
768   score += ei.pi->pawns_score();
769
770   // Initialize attack and king safety bitboards
771   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
772   eval_init<WHITE>(pos, ei);
773   eval_init<BLACK>(pos, ei);
774
775   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
776   Bitboard blockedPawns[] = {
777     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
778     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
779   };
780
781   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
782   // by our blocked pawns or king.
783   Bitboard mobilityArea[] = {
784     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
785     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
786   };
787
788   // Evaluate all pieces but king and pawns
789   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
790   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
791
792   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
793   // information when computing the king safety evaluation.
794   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
795           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
796
797   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
798   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
799           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
800
801   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
802   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
803           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
804
805   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
806   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
807   {
808       Bitboard b;
809       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
810           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
811
812       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
813           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
814   }
815
816   // Evaluate space for both sides, only during opening
817   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
818       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
819               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
820
821   // Evaluate position potential for the winning side
822   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
823
824   // Evaluate scale factor for the winning side
825   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
826
827   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
828   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
829            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
830
831   v /= int(PHASE_MIDGAME);
832
833   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
834   if (DoTrace)
835   {
836       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
837       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
838       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
839       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
840       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
841                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
842       Trace::add(TOTAL, score);
843   }
844
845   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
846 }
847
848 // Explicit template instantiations
849 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
850 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
851
852
853 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
854 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
855 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
856
857 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
858
859   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
860
861   Value v = evaluate<true>(pos);
862   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
863
864   std::stringstream ss;
865   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
866      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
867      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
868      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
869      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
870      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
871      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
872      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
873      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
874      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
875      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
876      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
877      << "    King safety | " << Term(KING)
878      << "        Threats | " << Term(THREAT)
879      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
880      << "          Space | " << Term(SPACE)
881      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
882      << "          Total | " << Term(TOTAL);
883
884   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
885
886   return ss.str();
887 }
888
889
890 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
891
892 void Eval::init() {
893
894   const int MaxSlope = 322;
895   const int Peak = 47410;
896   int t = 0;
897
898   for (int i = 0; i < 400; ++i)
899   {
900       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
901       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
902   }
903 }