]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
f2c5cf7f7488cf1b5cca75cca41bbe4bbdb894d1
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iomanip>
24 #include <sstream>
25
26 #include "bitcount.h"
27 #include "evaluate.h"
28 #include "material.h"
29 #include "pawns.h"
30
31 namespace {
32
33   namespace Tracing {
34
35     enum Term { // First 8 entries are for PieceType
36       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
37     };
38
39     Score scores[COLOR_NB][TERM_NB];
40
41     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term idx);
42
43     double to_cp(Value v);
44     void write(int idx, Color c, Score s);
45     void write(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO);
46     std::string do_trace(const Position& pos);
47   }
48
49
50   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
51   // by the evaluation functions.
52   struct EvalInfo {
53
54     // Pointers to material and pawn hash table entries
55     Material::Entry* mi;
56     Pawns::Entry* pi;
57
58     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
59     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
60     // contains all squares attacked by the given color.
61     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
62
63     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
64     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
65     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
66     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
67     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
68     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
69     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
70
71     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
72     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
73     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
74
75     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
76     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
77     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
78     // KingAttackWeights array.
79     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
80
81     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
82     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
83     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
84     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
85     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
86     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
87
88     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
89   };
90
91
92   // Evaluation weights, indexed by the corresponding evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingSafety };
94
95   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
96     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {322, 0}
97   };
98
99   Score operator*(Score s, const Weight& w) {
100     return make_score(mg_value(s) * w.mg / 256, eg_value(s) * w.eg / 256);
101   }
102
103
104   #define V(v) Value(v)
105   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
106
107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
109   // friendly pieces.
110   const Score MobilityBonus[][32] = {
111     {}, {},
112     { S(-68,-49), S(-46,-33), S(-3,-12), S( 5, -4), S( 9, 11), S(15, 16), // Knights
113       S( 23, 27), S( 33, 28), S(37, 29) },
114     { S(-49,-44), S(-23,-16), S(16,  1), S(29, 16), S(40, 25), S(51, 34), // Bishops
115       S( 55, 43), S( 61, 49), S(64, 51), S(68, 52), S(73, 55), S(75, 60),
116       S( 80, 65), S( 86, 66) },
117     { S(-50,-57), S(-28,-22), S(-11, 7), S(-1, 29), S( 0, 39), S( 1, 46), // Rooks
118       S( 10, 66), S( 16, 79), S(22, 86), S(23,103), S(30,109), S(33,111),
119       S( 37,115), S( 38,119), S(48,124) },
120     { S(-43,-30), S(-27,-15), S( 1, -5), S( 2, -3), S(14, 10), S(18, 24), // Queens
121       S( 20, 27), S( 33, 37), S(33, 38), S(34, 43), S(40, 46), S(43, 56),
122       S( 46, 61), S( 52, 63), S(52, 63), S(57, 65), S(60, 70), S(61, 74),
123       S( 67, 80), S( 76, 82), S(77, 88), S(82, 94), S(86, 95), S(90, 96),
124       S( 94, 99), S( 96,100), S(99,111), S(99,112) }
125   };
126
127   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn]
128   const Score Outpost[2][2] = {{S(28,7), S(42,11)}, {S(12,3), S(18,5)}};
129
130   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
131   // bonuses according to which piece type attacks which one.
132   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
133   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
134     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
135   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
136     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
137   };
138
139   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
140   // type is attacked by an enemy pawn.
141   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
142     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
143   };
144
145   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
146
147   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
148   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
149   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
150   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
151   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
152   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
153   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
154   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
155   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
156   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
157   const Score Hanging            = S(31, 26);
158   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
159   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
160
161   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
162   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
163   // happen in Chess960 games.
164   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
165
166   #undef S
167   #undef V
168
169   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
170   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
171   // based on how many squares inside this area are safe and available for
172   // friendly minor pieces.
173   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
174     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
175     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
176   };
177
178   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
179   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
180   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
181   // index to KingDanger[].
182   Score KingDanger[512];
183
184   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
185   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
186
187   // Penalties for enemy's safe checks
188   const int QueenContactCheck = 89;
189   const int RookContactCheck  = 71;
190   const int QueenCheck        = 50;
191   const int RookCheck         = 37;
192   const int BishopCheck       = 6;
193   const int KnightCheck       = 14;
194
195
196   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
197   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
198
199   template<Color Us>
200   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
201
202     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
203     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
204
205     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
206     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
207     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
208
209     // Init king safety tables only if we are going to use them
210     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
211     {
212         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
213         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
214         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
215         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
216     }
217     else
218         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
219   }
220
221
222   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
223
224   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
225   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
226
227     Bitboard b;
228     Square s;
229     Score score = SCORE_ZERO;
230
231     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
232     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
233     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
234
235     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
236
237     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
238     {
239         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
240         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
241           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
242                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
243
244         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
245             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
246
247         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
248
249         if (b & ei.kingRing[Them])
250         {
251             ei.kingAttackersCount[Us]++;
252             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
253             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
254             if (bb)
255                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
256         }
257
258         if (Pt == QUEEN)
259             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
260                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
261                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
262
263         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
264
265         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
266
267         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
268         {
269             // Bonus for outpost square
270             if (   relative_rank(Us, s) >= RANK_4
271                 && !(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
272                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
273
274             // Bonus when behind a pawn
275             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
276                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
277                 score += MinorBehindPawn;
278
279             // Penalty for pawns on same color square of bishop
280             if (Pt == BISHOP)
281                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
282
283             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
284             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
285             // when that pawn is also blocked.
286             if (   Pt == BISHOP
287                 && pos.is_chess960()
288                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
289             {
290                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
291                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
292                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
293                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
294                                                                               : TrappedBishopA1H1;
295             }
296         }
297
298         if (Pt == ROOK)
299         {
300             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
301             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
302             {
303                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
304                 if (alignedPawns)
305                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
306             }
307
308             // Bonus when on an open or semi-open file
309             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
310                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
311
312             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
313             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
314             {
315                 Square ksq = pos.king_square(Us);
316
317                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
318                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
319                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
320                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
321             }
322         }
323     }
324
325     if (Trace)
326         Tracing::write(Pt, Us, score);
327
328     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
329     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
330   }
331
332   template<>
333   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
334   template<>
335   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
336
337
338   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
339
340   template<Color Us, bool Trace>
341   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
342
343     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
344
345     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
346     int attackUnits;
347     const Square ksq = pos.king_square(Us);
348
349     // King shelter and enemy pawns storm
350     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
351
352     // Main king safety evaluation
353     if (ei.kingAttackersCount[Them])
354     {
355         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
356         // apart from the king itself
357         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
358                     & ei.attackedBy[Us][KING]
359                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
360                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
361                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
362
363         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
364         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
365         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
366         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
367         // the pawn shelter (current 'score' value).
368         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
369                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
370                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
371                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
372                      - mg_value(score) / 8
373                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
374
375         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
376         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
377         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
378         if (b)
379         {
380             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
381             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
382                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
383
384             if (b)
385                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
386         }
387
388         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
389         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
390         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
391
392         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
393         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
394
395         if (b)
396         {
397             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
398             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
399                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP]);
400
401             if (b)
402                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
403         }
404
405         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
406         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
407
408         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
409         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
410
411         // Enemy queen safe checks
412         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
413         if (b)
414             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
415
416         // Enemy rooks safe checks
417         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
418         if (b)
419             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
420
421         // Enemy bishops safe checks
422         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
423         if (b)
424             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
425
426         // Enemy knights safe checks
427         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
428         if (b)
429             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
430
431         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
432         // array and subtract the score from evaluation.
433         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
434     }
435
436     if (Trace)
437         Tracing::write(KING, Us, score);
438
439     return score;
440   }
441
442
443   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
444   // and the type of attacked one.
445
446   template<Color Us, bool Trace>
447   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
448
449     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
450     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
451     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
452     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
453     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
454     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
455
456     enum { Defended, Weak };
457     enum { Minor, Major };
458
459     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
460     Score score = SCORE_ZERO;
461
462     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
463     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
464
465     if (weak)
466     {
467         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
468                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
469
470         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
471
472         if (weak ^ safeThreats)
473             score += ThreatenedByHangingPawn;
474
475         while (safeThreats)
476             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
477     }
478
479     // Non-pawn enemies defended by a pawn
480     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
481
482     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
483     if (defended)
484     {
485         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
486         while (b)
487             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
488
489         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
490         while (b)
491             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
492     }
493
494     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
495     weak =   pos.pieces(Them)
496           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
497           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
498
499     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
500     if (weak)
501     {
502         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
503         while (b)
504             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
505
506         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
507         while (b)
508             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
509
510         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
511         if (b)
512             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
513
514         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
515         if (b)
516             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
517     }
518
519     // Add a small bonus for safe pawn pushes
520     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
521     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
522
523     b &=  ~pos.pieces()
524         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
525         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
526
527     if (b)
528         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
529
530     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
531     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
532        &  pos.pieces(Them)
533        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
534
535     if (b)
536         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
537
538     if (Trace)
539         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
540
541     return score;
542   }
543
544
545   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
546
547   template<Color Us, bool Trace>
548   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
549
550     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
551
552     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
553     Score score = SCORE_ZERO;
554
555     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
556
557     while (b)
558     {
559         Square s = pop_lsb(&b);
560
561         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
562
563         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
564         int rr = r * (r - 1);
565
566         // Base bonus based on rank
567         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
568
569         if (rr)
570         {
571             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
572
573             // Adjust bonus based on the king's proximity
574             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
575                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
576
577             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
578             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
579                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
580
581             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
582             if (pos.empty(blockSq))
583             {
584                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
585                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
586                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
587                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
588
589                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
590
591                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
592                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
593
594                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
595                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
596
597                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
598                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
599                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
600
601                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
602                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
603                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
604                     k += 6;
605
606                 else if (defendedSquares & blockSq)
607                     k += 4;
608
609                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
610             }
611             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
612                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
613         } // rr != 0
614
615         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
616             ebonus += ebonus / 4;
617
618         score += make_score(mbonus, ebonus);
619     }
620
621     if (Trace)
622         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
623
624     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
625     return score * Weights[PassedPawns];
626   }
627
628
629   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
630   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
631   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
632   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
633   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
634   // improve play on game opening.
635   template<Color Us>
636   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
637
638     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
639
640     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
641     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
642     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
643     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
644                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
645                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
646                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
647
648     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
649     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
650     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
651     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
652
653     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
654     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
655
656     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
657     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
658     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
659                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
660
661     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
662   }
663
664
665   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
666
667   template<bool Trace>
668   Value do_evaluate(const Position& pos) {
669
670     assert(!pos.checkers());
671
672     EvalInfo ei;
673     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
674
675     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
676     // in the position object (material + piece square tables).
677     // Score is computed from the point of view of white.
678     score = pos.psq_score();
679
680     // Probe the material hash table
681     ei.mi = Material::probe(pos);
682     score += ei.mi->imbalance();
683
684     // If we have a specialized evaluation function for the current material
685     // configuration, call it and return.
686     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
687         return ei.mi->evaluate(pos);
688
689     // Probe the pawn hash table
690     ei.pi = Pawns::probe(pos);
691     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
692
693     // Initialize attack and king safety bitboards
694     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
695     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
696
697     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
698     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
699
700     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
701     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
702                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
703
704     // Evaluate pieces and mobility
705     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
706     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
707
708     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
709     // information when computing the king safety evaluation.
710     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
711             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
712
713     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
714     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
715             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
716
717     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
718     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
719             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
720
721     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
722     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
723     {
724         Bitboard b;
725         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
726             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
727
728         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
729             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
730     }
731
732     // Evaluate space for both sides, only during opening
733     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
734         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
735
736     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
737     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
738     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
739
740     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
741     // types of endgames, and use a lower scale for those.
742     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
743         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
744     {
745         if (pos.opposite_bishops())
746         {
747             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
748             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
749             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
750                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
751                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
752
753             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
754             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
755             else
756                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
757         }
758         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
759         // pawns are drawish.
760         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
761                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
762                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
763                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
764     }
765
766     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
767     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
768              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
769
770     v /= int(PHASE_MIDGAME);
771
772     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
773     if (Trace)
774     {
775         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
776         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
777         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
778         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
779                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
780         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
781                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
782         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
783     }
784
785     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
786   }
787
788
789   // Tracing functions
790
791   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
792
793   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
794
795   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
796     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
797   }
798
799   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
800
801     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
802     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
803
804     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
805         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
806     else
807         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
808            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
809
810     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
811        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
812
813     return os;
814   }
815
816   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
817
818     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
819
820     Value v = do_evaluate<true>(pos);
821     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
822
823     std::stringstream ss;
824     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
825        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
826        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
827        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
828        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
829        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
830        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
831        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
832        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
833        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
834        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
835        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
836        << "    King safety | " << Term(KING)
837        << "        Threats | " << Term(THREAT)
838        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
839        << "          Space | " << Term(SPACE)
840        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
841        << "          Total | " << Term(TOTAL);
842
843     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
844
845     return ss.str();
846   }
847
848 } // namespace
849
850
851 namespace Eval {
852
853   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
854   /// of the position always from the point of view of the side to move.
855
856   Value evaluate(const Position& pos) {
857     return do_evaluate<false>(pos);
858   }
859
860
861   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
862   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
863   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
864   /// debugging.
865   std::string trace(const Position& pos) {
866     return Tracing::do_trace(pos);
867   }
868
869
870   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
871
872   void init() {
873
874     const int MaxSlope = 8700;
875     const int Peak = 1280000;
876     int t = 0;
877
878     for (int i = 0; i < 400; ++i)
879     {
880         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
881         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
882     }
883   }
884
885 } // namespace Eval