Assorted trivial cleanups 1/2019
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
141   };
142
143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
146   };
147
148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
152   };
153
154   // Assorted bonuses and penalties
155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
156   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
157   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
158   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
159   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
163   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
164   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
171   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
172   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
174
175 #undef S
176
177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
178   template<Tracing T>
179   class Evaluation {
180
181   public:
182     Evaluation() = delete;
183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
185     Value value();
186
187   private:
188     template<Color Us> void initialize();
189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
190     template<Color Us> Score king() const;
191     template<Color Us> Score threats() const;
192     template<Color Us> Score passed() const;
193     template<Color Us> Score space() const;
194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
195     Score initiative(Value eg) const;
196
197     const Position& pos;
198     Material::Entry* me;
199     Pawns::Entry* pe;
200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
202
203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
205     // is also calculated is ALL_PIECES.
206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
207
208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
212
213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
216     // and h6.
217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
218
219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
222
223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
226     // the KingAttackWeights array.
227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
228
229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
233     // to kingAttacksCount[WHITE].
234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
235   };
236
237
238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
240   template<Tracing T> template<Color Us>
241   void Evaluation<T>::initialize() {
242
243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
247
248     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
249
250     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
251     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
252
253     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
254     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
255     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
256
257     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
258     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
259     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
260     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
261     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
262
263     // Init our king safety tables
264     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
265     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
266         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
267
268     if (file_of(ksq) == FILE_H)
269         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
270
271     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
272         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
273
274     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
275     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
276
277     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
278     kingRing[Us] &= ~pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
279   }
280
281
282   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
283   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
284   Score Evaluation<T>::pieces() {
285
286     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
287     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
288     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
289                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
290     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
291
292     Bitboard b, bb;
293     Score score = SCORE_ZERO;
294
295     attackedBy[Us][Pt] = 0;
296
297     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
298     {
299         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
300         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
301           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
302                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
303
304         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
305             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
306
307         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
308         attackedBy[Us][Pt] |= b;
309         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
310
311         if (b & kingRing[Them])
312         {
313             kingAttackersCount[Us]++;
314             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
315             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
316         }
317
318         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
319
320         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
321
322         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
323         {
324             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
325             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
326             if (bb & s)
327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
328
329             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
330                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
331
332             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
333             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
334                 score += MinorBehindPawn;
335
336             // Penalty if the piece is far from the king
337             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
338
339             if (Pt == BISHOP)
340             {
341                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
342                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
343                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
344
345                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
346                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
347
348                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
349                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
350                     score += LongDiagonalBishop;
351             }
352
353             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
354             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
355             // when that pawn is also blocked.
356             if (   Pt == BISHOP
357                 && pos.is_chess960()
358                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
359             {
360                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
361                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
362                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
363                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
364                                                                               : CorneredBishop;
365             }
366         }
367
368         if (Pt == ROOK)
369         {
370             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
371             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
372                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
373
374             // Bonus for rook on an open or semi-open file
375             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
376                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
377
378             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
379             else if (mob <= 3)
380             {
381                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
382                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
383                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
384             }
385         }
386
387         if (Pt == QUEEN)
388         {
389             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
390             Bitboard queenPinners;
391             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
392                 score -= WeakQueen;
393         }
394     }
395     if (T)
396         Trace::add(Pt, Us, score);
397
398     return score;
399   }
400
401
402   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
403   template<Tracing T> template<Color Us>
404   Score Evaluation<T>::king() const {
405
406     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
407     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
408                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
409
410     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
411     int kingDanger = 0;
412     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
413
414     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
415     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
416
417     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
418     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
419           & ~attackedBy2[Us]
420           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
421
422     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
423     safe  = ~pos.pieces(Them);
424     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
425
426     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
427     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
428
429     // Enemy rooks checks
430     Bitboard RookCheck =  b1
431                         & safe
432                         & attackedBy[Them][ROOK];
433
434     if (RookCheck)
435         kingDanger += RookSafeCheck;
436     else
437         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
438
439     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
440     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
441     Bitboard QueenCheck =  (b1 | b2)
442                          & attackedBy[Them][QUEEN]
443                          & safe
444                          & ~attackedBy[Us][QUEEN]
445                          & ~RookCheck;
446
447     if (QueenCheck)
448         kingDanger += QueenSafeCheck;
449
450     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
451     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
452     Bitboard BishopCheck =  b2
453                           & attackedBy[Them][BISHOP]
454                           & safe
455                           & ~QueenCheck;
456
457     if (BishopCheck)
458         kingDanger += BishopSafeCheck;
459     else
460         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
461
462     // Enemy knights checks
463     b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
464
465     if (b & safe)
466         kingDanger += KnightSafeCheck;
467     else
468         unsafeChecks |= b;
469
470     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
471     // the square is in the attacker's mobility area.
472     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
473
474     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
475     // which are attacked twice in that flank.
476     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
477     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
478
479     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
480
481     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
482                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
483                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
484                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
485                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
486                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
487                  -   6 * mg_value(score) / 8
488                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
489                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
490                  -   25;
491
492     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
493     if (kingDanger > 0)
494         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
495
496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
497     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
498         score -= PawnlessFlank;
499
500     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
501     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
502
503     if (T)
504         Trace::add(KING, Us, score);
505
506     return score;
507   }
508
509
510   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
511   // attacking and the attacked pieces.
512   template<Tracing T> template<Color Us>
513   Score Evaluation<T>::threats() const {
514
515     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
516     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
517     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
518
519     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe, restricted;
520     Score score = SCORE_ZERO;
521
522     // Non-pawn enemies
523     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
524
525     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
526     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
527     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
528                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
529
530     // Non-pawn enemies, strongly protected
531     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
532
533     // Enemies not strongly protected and under our attack
534     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
535
536     // Safe or protected squares
537     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
538
539     // Bonus according to the kind of attacking pieces
540     if (defended | weak)
541     {
542         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
543         while (b)
544         {
545             Square s = pop_lsb(&b);
546             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
547             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
548                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
549         }
550
551         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
552         while (b)
553         {
554             Square s = pop_lsb(&b);
555             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
556             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
557                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
558         }
559
560         if (weak & attackedBy[Us][KING])
561             score += ThreatByKing;
562
563         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
564            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
565         score += Hanging * popcount(weak & b);
566     }
567
568     // Bonus for restricting their piece moves
569     restricted =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
570                 & ~stronglyProtected
571                 &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
572     score += RestrictedPiece * popcount(restricted);
573
574     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
575     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
576         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
577
578     // Find squares where our pawns can push on the next move
579     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
580     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
581
582     // Keep only the squares which are relatively safe
583     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
584
585     // Bonus for safe pawn threats on the next move
586     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
587     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
588
589     // Our safe or protected pawns
590     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
591
592     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
593     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
594
595     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
596     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
597     {
598         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
599         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
600
601         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
602
603         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
604
605         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
606            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
607
608         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
609     }
610
611     if (T)
612         Trace::add(THREAT, Us, score);
613
614     return score;
615   }
616
617   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
618   // pawns of the given color.
619
620   template<Tracing T> template<Color Us>
621   Score Evaluation<T>::passed() const {
622
623     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
624     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
625
626     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
627       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
628     };
629
630     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
631     Score score = SCORE_ZERO;
632
633     b = pe->passed_pawns(Us);
634
635     while (b)
636     {
637         Square s = pop_lsb(&b);
638
639         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
640
641         int r = relative_rank(Us, s);
642
643         Score bonus = PassedRank[r];
644
645         if (r > RANK_3)
646         {
647             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
648             Square blockSq = s + Up;
649
650             // Adjust bonus based on the king's proximity
651             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
652                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
653
654             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
655             if (r != RANK_7)
656                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
657
658             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
659             if (pos.empty(blockSq))
660             {
661                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
662                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
663                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
664                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
665
666                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
667
668                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
669                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
670
671                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
672                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
673
674                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
675                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
676                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
677
678                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
679                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
680                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
681                     k += 6;
682
683                 else if (defendedSquares & blockSq)
684                     k += 4;
685
686                 bonus += make_score(k * w, k * w);
687             }
688         } // rank > RANK_3
689
690         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
691         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
692         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
693             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
694             bonus = bonus / 2;
695
696         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
697     }
698
699     if (T)
700         Trace::add(PASSED, Us, score);
701
702     return score;
703   }
704
705
706   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
707   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
708   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
709   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
710   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
711   // improve play on game opening.
712
713   template<Tracing T> template<Color Us>
714   Score Evaluation<T>::space() const {
715
716     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
717         return SCORE_ZERO;
718
719     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
720     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
721     constexpr Bitboard SpaceMask =
722       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
723                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
724
725     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
726     Bitboard safe =   SpaceMask
727                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
728                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
729
730     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
731     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
732     behind |= shift<Down>(behind);
733     behind |= shift<Down>(shift<Down>(behind));
734
735     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
736     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
737                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
738
739     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
740
741     if (T)
742         Trace::add(SPACE, Us, score);
743
744     return score;
745   }
746
747
748   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
749   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
750   // known attacking/defending status of the players.
751
752   template<Tracing T>
753   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
754
755     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
756                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
757
758     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
759                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
760
761     // Compute the initiative bonus for the attacking side
762     int complexity =   9 * pe->pawn_asymmetry()
763                     + 11 * pos.count<PAWN>()
764                     +  9 * outflanking
765                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
766                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
767                     -121 ;
768
769     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
770     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
771     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
772     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
773
774     if (T)
775         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
776
777     return make_score(0, v);
778   }
779
780
781   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
782
783   template<Tracing T>
784   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
785
786     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
787     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
788
789     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
790     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
791     {
792         if (   pos.opposite_bishops()
793             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
794             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
795             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
796         else
797             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
798
799     }
800
801     return ScaleFactor(sf);
802   }
803
804
805   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
806   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
807   // of view of the side to move.
808
809   template<Tracing T>
810   Value Evaluation<T>::value() {
811
812     assert(!pos.checkers());
813
814     // Probe the material hash table
815     me = Material::probe(pos);
816
817     // If we have a specialized evaluation function for the current material
818     // configuration, call it and return.
819     if (me->specialized_eval_exists())
820         return me->evaluate(pos);
821
822     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
823     // the position object (material + piece square tables) and the material
824     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
825     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
826
827     // Probe the pawn hash table
828     pe = Pawns::probe(pos);
829     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
830
831     // Early exit if score is high
832     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
833     if (abs(v) > LazyThreshold)
834        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
835
836     // Main evaluation begins here
837
838     initialize<WHITE>();
839     initialize<BLACK>();
840
841     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
842     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
843             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
844             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
845             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
846
847     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
848
849     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
850             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
851             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
852             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
853
854     score += initiative(eg_value(score));
855
856     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
857     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
858     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
859        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
860
861     v /= PHASE_MIDGAME;
862
863     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
864     if (T)
865     {
866         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
867         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
868         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
869         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
870         Trace::add(TOTAL, score);
871     }
872
873     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
874            + Eval::Tempo;
875   }
876
877 } // namespace
878
879
880 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
881 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
882
883 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
884   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
885 }
886
887
888 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
889 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
890 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
891
892 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
893
894   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
895
896   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
897
898   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
899
900   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
901
902   std::stringstream ss;
903   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
904      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
905      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
906      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
907      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
908      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
909      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
910      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
911      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
912      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
913      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
914      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
915      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
916      << " King safety | " << Term(KING)
917      << "     Threats | " << Term(THREAT)
918      << "      Passed | " << Term(PASSED)
919      << "       Space | " << Term(SPACE)
920      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
921      << "       Total | " << Term(TOTAL);
922
923   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
924
925   return ss.str();
926 }