Fix indentations for hanging pawns code
[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[Bishop/Knight][Square] contains bonuses for knights and bishops
128   // outposts, indexed by piece type and square (from white's point of view).
129   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
130   {// A     B     C     D     E     F     G     H
131     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
133     V(0), V(0), V(3), V(9), V(9), V(3), V(0), V(0),
134     V(0), V(4),V(18),V(25),V(25),V(18), V(4), V(0),
135     V(4), V(9),V(29),V(38),V(38),V(29), V(9), V(4),
136     V(2), V(9),V(19),V(15),V(15),V(19), V(9), V(2) },
137   {
138     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
139     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
140     V(2), V(4), V(3), V(8), V(8), V(3), V(4), V(2),
141     V(1), V(9), V(9),V(13),V(13), V(9), V(9), V(1),
142     V(2), V(8),V(21),V(24),V(24),V(21), V(8), V(2),
143     V(0), V(4), V(6), V(6), V(6), V(6), V(4), V(0) }
144   };
145
146   // Threat[defended/weak][minor/major attacking][attacked PieceType] contains
147   // bonuses according to which piece type attacks which one.
148   const Score Threat[][2][PIECE_TYPE_NB] = {
149   { { S(0, 0), S( 0, 0), S(19, 37), S(24, 37), S(44, 97), S(35,106) },   // Defended Minor
150     { S(0, 0), S( 0, 0), S( 9, 14), S( 9, 14), S( 7, 14), S(24, 48) } }, // Defended Major
151   { { S(0, 0), S( 0,32), S(33, 41), S(31, 50), S(41,100), S(35,104) },   // Weak Minor
152     { S(0, 0), S( 0,27), S(26, 57), S(26, 57), S(0 , 43), S(23, 51) } }  // Weak Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[PIECE_TYPE_NB] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(107, 138), S(84, 122), S(114, 203), S(121, 217)
159   };
160
161   const Score ThreatenedByHangingPawn = S(40, 60);
162
163   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
164   const Score KingOnOne          = S( 2, 58);
165   const Score KingOnMany         = S( 6,125);
166   const Score RookOnPawn         = S( 7, 27);
167   const Score RookOnOpenFile     = S(43, 21);
168   const Score RookOnSemiOpenFile = S(19, 10);
169   const Score BishopPawns        = S( 8, 12);
170   const Score MinorBehindPawn    = S(16,  0);
171   const Score TrappedRook        = S(92,  0);
172   const Score Unstoppable        = S( 0, 20);
173   const Score Hanging            = S(31, 26);
174   const Score PawnAttackThreat   = S(20, 20);
175   const Score PawnSafePush       = S( 5,  5);
176
177   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
178   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
179   // happen in Chess960 games.
180   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
181
182   #undef S
183   #undef V
184
185   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
186   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
187   // based on how many squares inside this area are safe and available for
188   // friendly minor pieces.
189   const Bitboard SpaceMask[COLOR_NB] = {
190     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
191     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
192   };
193
194   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
195   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
196   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
197   // index to KingDanger[].
198   Score KingDanger[512];
199
200   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
201   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
202
203   // Penalties for enemy's safe checks
204   const int QueenContactCheck = 89;
205   const int RookContactCheck  = 71;
206   const int QueenCheck        = 50;
207   const int RookCheck         = 37;
208   const int BishopCheck       = 6;
209   const int KnightCheck       = 14;
210
211
212   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
213   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
214
215   template<Color Us>
216   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
217
218     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
219     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
220
221     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
222     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
223     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
224
225     // Init king safety tables only if we are going to use them
226     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
227     {
228         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
229         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
230         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
231         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
232     }
233     else
234         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
235   }
236
237
238   // evaluate_outpost() evaluates bishop and knight outpost squares
239
240   template<PieceType Pt, Color Us>
241   Score evaluate_outpost(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Square s) {
242
243     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244
245     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
246
247     // Initial bonus based on square
248     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
249
250     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
251     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
252     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
253     {
254         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
255             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
256             bonus += bonus + bonus / 2;
257         else
258             bonus += bonus / 2;
259     }
260
261     return make_score(bonus * 2, bonus / 2);
262   }
263
264
265   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
266
267   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
268   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
269
270     Bitboard b;
271     Square s;
272     Score score = SCORE_ZERO;
273
274     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
275     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
276     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
277
278     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
279
280     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
281     {
282         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
283         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
285                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
286
287         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
288             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
289
290         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
291
292         if (b & ei.kingRing[Them])
293         {
294             ei.kingAttackersCount[Us]++;
295             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
296             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
297             if (bb)
298                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
299         }
300
301         if (Pt == QUEEN)
302             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
303                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
304                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
305
306         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
307
308         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
309
310         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
311         {
312             // Bonus for outpost square
313             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
314                 score += evaluate_outpost<Pt, Us>(pos, ei, s);
315
316             // Bonus when behind a pawn
317             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
318                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
319                 score += MinorBehindPawn;
320
321             // Penalty for pawns on same color square of bishop
322             if (Pt == BISHOP)
323                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
324
325             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
326             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
327             // when that pawn is also blocked.
328             if (   Pt == BISHOP
329                 && pos.is_chess960()
330                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
331             {
332                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
333                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
334                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
335                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
336                                                                               : TrappedBishopA1H1;
337             }
338         }
339
340         if (Pt == ROOK)
341         {
342             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
343             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
344             {
345                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
346                 if (alignedPawns)
347                     score += popcount<Max15>(alignedPawns) * RookOnPawn;
348             }
349
350             // Bonus when on an open or semi-open file
351             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
352                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOnOpenFile : RookOnSemiOpenFile;
353
354             // Penalize when trapped by the king, even more if king cannot castle
355             if (mob <= 3 && !ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
356             {
357                 Square ksq = pos.king_square(Us);
358
359                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
360                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
361                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
362                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
363             }
364         }
365     }
366
367     if (Trace)
368         Tracing::write(Pt, Us, score);
369
370     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING excluded
371     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
372   }
373
374   template<>
375   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
376   template<>
377   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
378
379
380   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
381
382   template<Color Us, bool Trace>
383   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
384
385     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
386
387     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
388     int attackUnits;
389     const Square ksq = pos.king_square(Us);
390
391     // King shelter and enemy pawns storm
392     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
393
394     // Main king safety evaluation
395     if (ei.kingAttackersCount[Them])
396     {
397         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
398         // apart from the king itself
399         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
400                     & ei.attackedBy[Us][KING]
401                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
402                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
403                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
404
405         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
406         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
407         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
408         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
409         // the pawn shelter (current 'score' value).
410         attackUnits =  std::min(74, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
411                      +  8 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
412                      + 25 * popcount<Max15>(undefended)
413                      + 11 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
414                      - mg_value(score) / 8
415                      - !pos.count<QUEEN>(Them) * 60;
416
417         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
418         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
419         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
420         if (b)
421         {
422             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
423             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
424                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK];
425
426             if (b)
427                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
428         }
429
430         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
431         // undefended squares around the king reachable by the enemy rooks...
432         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
433
434         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
435         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
436
437         if (b)
438         {
439             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
440             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
441                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
442
443             if (b)
444                 attackUnits += RookContactCheck * popcount<Max15>(b);
445         }
446
447         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
448         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
449
450         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
451         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
452
453         // Enemy queen safe checks
454         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
455         if (b)
456             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
457
458         // Enemy rooks safe checks
459         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
460         if (b)
461             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
462
463         // Enemy bishops safe checks
464         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
465         if (b)
466             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
467
468         // Enemy knights safe checks
469         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
470         if (b)
471             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
472
473         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
474         // array and subtract the score from evaluation.
475         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
476     }
477
478     if (Trace)
479         Tracing::write(KING, Us, score);
480
481     return score;
482   }
483
484
485   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
486   // and the type of attacked one.
487
488   template<Color Us, bool Trace>
489   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
490
491     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
492     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
493     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
494     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
495     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
496     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
497
498     enum { Defended, Weak };
499     enum { Minor, Major };
500
501     Bitboard b, weak, defended, safe_pawns, safe_pawn_threats, unsafe_pawn_threats;
502     Score score = SCORE_ZERO;
503
504     // Pawn Threats
505     b = ei.attackedBy[Us][PAWN] & (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN));
506
507     if (b)
508     {
509         safe_pawns = pos.pieces(Us, PAWN) & (~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
510         safe_pawn_threats = (shift_bb<Right>(safe_pawns) | shift_bb<Left>(safe_pawns)) & (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN));
511         unsafe_pawn_threats = b ^ safe_pawn_threats;
512
513         // Unsafe pawn threats
514         if (unsafe_pawn_threats)
515             score += ThreatenedByHangingPawn;
516
517         // Evaluate safe pawn threats
518         while (safe_pawn_threats)
519             score += ThreatenedByPawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safe_pawn_threats)))];
520     }
521
522     // Non-pawn enemies defended by a pawn
523     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
524
525     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
526     if (defended)
527     {
528         b = defended & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
529         while (b)
530             score += Threat[Defended][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
531
532         b = defended & (ei.attackedBy[Us][ROOK]);
533         while (b)
534             score += Threat[Defended][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
535     }
536
537     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
538     weak =   pos.pieces(Them)
539           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
540           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
541
542     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
543     if (weak)
544     {
545         b = weak & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
546         while (b)
547             score += Threat[Weak][Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
548
549         b = weak & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
550         while (b)
551             score += Threat[Weak][Major][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
552
553         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
554         if (b)
555             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
556
557         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
558         if (b)
559             score += more_than_one(b) ? KingOnMany : KingOnOne;
560     }
561
562     // Add a small bonus for safe pawn pushes
563     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
564     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
565
566     b &=  ~pos.pieces()
567         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
568         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
569
570     if (b)
571         score += popcount<Full>(b) * PawnSafePush;
572
573     // Add another bonus if the pawn push attacks an enemy piece
574     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
575        &  pos.pieces(Them)
576        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
577
578     if (b)
579         score += popcount<Max15>(b) * PawnAttackThreat;
580
581     if (Trace)
582         Tracing::write(Tracing::THREAT, Us, score);
583
584     return score;
585   }
586
587
588   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
589
590   template<Color Us, bool Trace>
591   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
592
593     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
594
595     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
596     Score score = SCORE_ZERO;
597
598     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
599
600     while (b)
601     {
602         Square s = pop_lsb(&b);
603
604         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
605
606         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
607         int rr = r * (r - 1);
608
609         // Base bonus based on rank
610         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
611
612         if (rr)
613         {
614             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
615
616             // Adjust bonus based on the king's proximity
617             ebonus +=  distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
618                      - distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
619
620             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
621             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
622                 ebonus -= distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
623
624             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
625             if (pos.empty(blockSq))
626             {
627                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
628                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
629                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
630                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
631
632                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
633
634                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
635                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
636
637                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
638                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
639
640                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
641                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
642                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
643
644                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
645                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
646                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
647                     k += 6;
648
649                 else if (defendedSquares & blockSq)
650                     k += 4;
651
652                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
653             }
654             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
655                 mbonus += rr * 3 + r * 2 + 3, ebonus += rr + r * 2;
656         } // rr != 0
657
658         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
659             ebonus += ebonus / 4;
660
661         score += make_score(mbonus, ebonus);
662     }
663
664     if (Trace)
665         Tracing::write(Tracing::PASSED, Us, score * Weights[PassedPawns]);
666
667     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
668     return score * Weights[PassedPawns];
669   }
670
671
672   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
673   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
674   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
675   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
676   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
677   // improve play on game opening.
678   template<Color Us>
679   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
680
681     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
682
683     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
684     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
685     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
686     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
687                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
688                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
689                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
690
691     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
692     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
693     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
694     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
695
696     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
697     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
698
699     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
700     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
701     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
702                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
703
704     return make_score(bonus * weight * weight, 0);
705   }
706
707
708   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
709
710   template<bool Trace>
711   Value do_evaluate(const Position& pos) {
712
713     assert(!pos.checkers());
714
715     EvalInfo ei;
716     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
717
718     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
719     // in the position object (material + piece square tables).
720     // Score is computed from the point of view of white.
721     score = pos.psq_score();
722
723     // Probe the material hash table
724     ei.mi = Material::probe(pos);
725     score += ei.mi->imbalance();
726
727     // If we have a specialized evaluation function for the current material
728     // configuration, call it and return.
729     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
730         return ei.mi->evaluate(pos);
731
732     // Probe the pawn hash table
733     ei.pi = Pawns::probe(pos);
734     score += ei.pi->pawns_score() * Weights[PawnStructure];
735
736     // Initialize attack and king safety bitboards
737     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
738     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
739
740     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
741     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
742
743     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
744     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
745                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
746
747     // Evaluate pieces and mobility
748     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
749     score += (mobility[WHITE] - mobility[BLACK]) * Weights[Mobility];
750
751     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
752     // information when computing the king safety evaluation.
753     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
754             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
755
756     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
757     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
758             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
759
760     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
761     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
762             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
763
764     // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
765     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
766     {
767         Bitboard b;
768         if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
769             score += int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b))) * Unstoppable;
770
771         if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
772             score -= int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b))) * Unstoppable;
773     }
774
775     // Evaluate space for both sides, only during opening
776     if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 11756)
777         score += (evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei)) * Weights[Space];
778
779     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
780     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
781     ScaleFactor sf = ei.mi->scale_factor(pos, strongSide);
782
783     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
784     // types of endgames, and use a lower scale for those.
785     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
786         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
787     {
788         if (pos.opposite_bishops())
789         {
790             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
791             // is almost a draw, in case of KBP vs KB is even more a draw.
792             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
793                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
794                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(32) : ScaleFactor(8);
795
796             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
797             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
798             else
799                  sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
800         }
801         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
802         // pawns are drawish.
803         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
804                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
805                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.king_square(~strongSide)))
806                  sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(56) : ScaleFactor(38);
807     }
808
809     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
810     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
811              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
812
813     v /= int(PHASE_MIDGAME);
814
815     // In case of tracing add all single evaluation terms for both white and black
816     if (Trace)
817     {
818         Tracing::write(Tracing::MATERIAL, pos.psq_score());
819         Tracing::write(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->imbalance());
820         Tracing::write(PAWN, ei.pi->pawns_score());
821         Tracing::write(Tracing::MOBILITY, mobility[WHITE] * Weights[Mobility]
822                                         , mobility[BLACK] * Weights[Mobility]);
823         Tracing::write(Tracing::SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei) * Weights[Space]
824                                      , evaluate_space<BLACK>(pos, ei) * Weights[Space]);
825         Tracing::write(Tracing::TOTAL, score);
826     }
827
828     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
829   }
830
831
832   // Tracing functions
833
834   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
835
836   void Tracing::write(int idx, Color c, Score s) { scores[c][idx] = s; }
837
838   void Tracing::write(int idx, Score w, Score b) {
839     scores[WHITE][idx] = w, scores[BLACK][idx] = b;
840   }
841
842   std::ostream& Tracing::operator<<(std::ostream& os, Term t) {
843
844     double wScore[] = { to_cp(mg_value(scores[WHITE][t])), to_cp(eg_value(scores[WHITE][t])) };
845     double bScore[] = { to_cp(mg_value(scores[BLACK][t])), to_cp(eg_value(scores[BLACK][t])) };
846
847     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
848         os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
849     else
850         os << std::setw(5) << wScore[MG] << " " << std::setw(5) << wScore[EG] << " | "
851            << std::setw(5) << bScore[MG] << " " << std::setw(5) << bScore[EG] << " | ";
852
853     os << std::setw(5) << wScore[MG] - bScore[MG] << " "
854        << std::setw(5) << wScore[EG] - bScore[EG] << " \n";
855
856     return os;
857   }
858
859   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
860
861     std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
862
863     Value v = do_evaluate<true>(pos);
864     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
865
866     std::stringstream ss;
867     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
868        << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
869        << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
870        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
871        << "       Material | " << Term(MATERIAL)
872        << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
873        << "          Pawns | " << Term(PAWN)
874        << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
875        << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
876        << "          Rooks | " << Term(ROOK)
877        << "         Queens | " << Term(QUEEN)
878        << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
879        << "    King safety | " << Term(KING)
880        << "        Threats | " << Term(THREAT)
881        << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
882        << "          Space | " << Term(SPACE)
883        << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
884        << "          Total | " << Term(TOTAL);
885
886     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
887
888     return ss.str();
889   }
890
891 } // namespace
892
893
894 namespace Eval {
895
896   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
897   /// of the position always from the point of view of the side to move.
898
899   Value evaluate(const Position& pos) {
900     return do_evaluate<false>(pos);
901   }
902
903
904   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
905   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
906   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
907   /// debugging.
908   std::string trace(const Position& pos) {
909     return Tracing::do_trace(pos);
910   }
911
912
913   /// init() computes evaluation weights, usually at startup
914
915   void init() {
916
917     const int MaxSlope = 8700;
918     const int Peak = 1280000;
919     int t = 0;
920
921     for (int i = 0; i < 400; ++i)
922     {
923         t = std::min(Peak, std::min(i * i * 27, t + MaxSlope));
924         KingDanger[i] = make_score(t / 1000, 0) * Weights[KingSafety];
925     }
926   }
927
928 } // namespace Eval