git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitcount.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  79
  80     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  81     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  82     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  83     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  84     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  85     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  86     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  87
  88     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  89     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  90     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  91
  92     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  93     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  94     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
  95     // KingAttackWeights array.
  96     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
  97
  98     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
  99     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 100     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 101     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 102     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 103     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 104
 105     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 106     Material::Entry* me;
 107     Pawns::Entry* pi;
 108   };
 109
 110   #define V(v) Value(v)
 111   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 112
 113   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 114   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 115   const Score MobilityBonus[][32] = {
 116     {}, {},
 117     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 118       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 119     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 120       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 121       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 122     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 123       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 124       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 125     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 126       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 127       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 128       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 129       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 130   };
 131
 132   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 133   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 134   const Score Outpost[][2] = {
 135     { S(42,11), S(63,17) }, // Knights
 136     { S(18, 5), S(27, 8) }  // Bishops
 137   };
 138
 139   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 140   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 141   // if outpost square is supported by a pawn.
 142   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 143     { S(21, 5), S(31, 8) }, // Knights
 144     { S( 8, 2), S(13, 4) }  // Bishops
 145   };
 146
 147   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 148   // friendly pawn on the rook file.
 149   const Score RookOnFile[2] = { S(19, 10), S(43, 21) };
 150
 151   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 152   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 153   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 154     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
 155
 156   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 157   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 158   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 159   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 160     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 161     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 162   };
 163
 164   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 165   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 166   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 167
 168   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 169   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 170   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 171     { V(0), V( 1), V(26), V(68), V(161), V(247) },
 172     { V(7), V(14), V(38), V(64), V(137), V(193) }
 173   };
 174
 175   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 176   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 177     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 178     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 179   };
 180
 181   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 182   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 183   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 184   const Score RookOnPawn          = S( 7, 27);
 185   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 186   const Score Checked             = S(20, 20);
 187   const Score ThreatByHangingPawn = S(70, 63);
 188   const Score Hanging             = S(48, 28);
 189   const Score ThreatByPawnPush    = S(31, 19);
 190   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 191
 192   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 193   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 194   // happen in Chess960 games.
 195   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 196
 197   #undef S
 198   #undef V
 199
 200   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 201   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 202   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 203   // index to KingDanger[].
 204   Score KingDanger[512];
 205
 206   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 207   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 208
 209   // Penalties for enemy's safe checks
 210   const int QueenContactCheck = 89;
 211   const int QueenCheck        = 50;
 212   const int RookCheck         = 45;
 213   const int BishopCheck       = 6;
 214   const int KnightCheck       = 14;
 215
 216
 217   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 218   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 219
 220   template<Color Us>
 221   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 222
 223     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 224     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 225
 226     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 227     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Them));
 228     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 229     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 230
 231     // Init king safety tables only if we are going to use them
 232     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 233     {
 234         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 235         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 236         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
 237         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 238     }
 239     else
 240         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 241   }
 242
 243
 244   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 245   // color and type.
 246
 247   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 248   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 249                         const Bitboard* mobilityArea) {
 250     Bitboard b, bb;
 251     Square s;
 252     Score score = SCORE_ZERO;
 253
 254     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 255     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 256     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 257                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 258     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 259
 260     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 261
 262     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 263     {
 264         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 265         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 266           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 267                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 268
 269         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 270             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 271
 272         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 273
 274         if (b & ei.kingRing[Them])
 275         {
 276             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 277             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 278             bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
 279             if (bb)
 280                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
 281         }
 282
 283         if (Pt == QUEEN)
 284             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 285                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 286                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 287
 288         int mob = popcount<Pt == QUEEN ? Full : Max15>(b & mobilityArea[Us]);
 289
 290         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 291
 292         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 293         {
 294             // Bonus for outpost squares
 295             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 296             if (bb & s)
 297                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 298             else
 299             {
 300                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 301                 if (bb)
 302                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 303             }
 304
 305             // Bonus when behind a pawn
 306             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 307                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 308                 score += MinorBehindPawn;
 309
 310             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 311             if (Pt == BISHOP)
 312                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 313
 314             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 315             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 316             // when that pawn is also blocked.
 317             if (   Pt == BISHOP
 318                 && pos.is_chess960()
 319                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 320             {
 321                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 322                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 323                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 324                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 325                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 326             }
 327         }
 328
 329         if (Pt == ROOK)
 330         {
 331             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 333             {
 334                 Bitboard alignedPawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
 335                 if (alignedPawns)
 336                     score += RookOnPawn * popcount<Max15>(alignedPawns);
 337             }
 338
 339             // Bonus when on an open or semi-open file
 340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 341                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 342
 343             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 344             else if (mob <= 3)
 345             {
 346                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 347
 348                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 349                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 350                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 351                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 352             }
 353         }
 354     }
 355
 356     if (DoTrace)
 357         Trace::add(Pt, Us, score);
 358
 359     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 360     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 361   }
 362
 363   template<>
 364   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 365   template<>
 366   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 367
 368
 369   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 370
 371   template<Color Us, bool DoTrace>
 372   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 373
 374     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 375
 376     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
 377     int attackUnits;
 378     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 379
 380     // King shelter and enemy pawns storm
 381     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 382
 383     // Main king safety evaluation
 384     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 385     {
 386         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
 387         // apart from the king itself.
 388         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 389                     & ei.attackedBy[Us][KING]
 390                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
 391                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
 392                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
 393
 394         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 395         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 396         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 397         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 398         // the pawn shelter (current 'score' value).
 399         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 400                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 401                      + 27 * popcount<Max15>(undefended)
 402                      + 11 * !!ei.pinnedPieces[Us]
 403                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 404                      - mg_value(score) / 8;
 405
 406         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 407         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 408         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 409         if (b)
 410         {
 411             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
 412             b &=  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 413                 | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]
 414                 | ei.attackedBy[Them][KING];
 415
 416             if (b)
 417                 attackUnits += QueenContactCheck * popcount<Max15>(b);
 418         }
 419
 420         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
 421         safe = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 422
 423         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq) & safe;
 424         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
 425
 426         // Enemy queen safe checks
 427         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
 428         if (b)
 429         {
 430             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
 431             score -= Checked;
 432         }
 433
 434         // Enemy rooks safe checks
 435         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
 436         if (b)
 437         {
 438             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
 439             score -= Checked;
 440         }
 441
 442         // Enemy bishops safe checks
 443         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
 444         if (b)
 445         {
 446             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
 447             score -= Checked;
 448         }
 449
 450         // Enemy knights safe checks
 451         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
 452         if (b)
 453         {
 454             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
 455             score -= Checked;
 456         }
 457
 458         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 459         // array and subtract the score from the evaluation.
 460         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 461     }
 462
 463     if (DoTrace)
 464         Trace::add(KING, Us, score);
 465
 466     return score;
 467   }
 468
 469
 470   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 471   // and the attacked pieces.
 472
 473   template<Color Us, bool DoTrace>
 474   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 475
 476     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 477     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 478     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 479     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 480     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 481     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 482
 483     enum { Minor, Rook };
 484
 485     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 486     Score score = SCORE_ZERO;
 487
 488     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 489     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 490
 491     if (weak)
 492     {
 493         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 494                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 495
 496         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 497
 498         if (weak ^ safeThreats)
 499             score += ThreatByHangingPawn;
 500
 501         while (safeThreats)
 502             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 503     }
 504
 505     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 506     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 507
 508     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 509     weak =   pos.pieces(Them)
 510           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 511           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 512
 513     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 514     if (defended | weak)
 515     {
 516         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 517         while (b)
 518             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 519
 520         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 521         while (b)
 522             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 523
 524         b = weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 525         if (b)
 526             score += Hanging * popcount<Max15>(b);
 527
 528         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 529         if (b)
 530             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 531     }
 532
 533     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 534     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 535     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 536
 537     b &=  ~pos.pieces()
 538         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 539         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 540
 541     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 542        &  pos.pieces(Them)
 543        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 544
 545     if (b)
 546         score += ThreatByPawnPush * popcount<Max15>(b);
 547
 548     if (DoTrace)
 549         Trace::add(THREAT, Us, score);
 550
 551     return score;
 552   }
 553
 554
 555   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 556
 557   template<Color Us, bool DoTrace>
 558   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 559
 560     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 561
 562     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 563     Score score = SCORE_ZERO;
 564
 565     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 566
 567     while (b)
 568     {
 569         Square s = pop_lsb(&b);
 570
 571         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 572
 573         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 574         int rr = r * (r - 1);
 575
 576         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 577
 578         if (rr)
 579         {
 580             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 581
 582             // Adjust bonus based on the king's proximity
 583             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 584                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 585
 586             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 587             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 588                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 589
 590             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 591             if (pos.empty(blockSq))
 592             {
 593                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 594                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 595                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 596                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 597
 598                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 599
 600                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 601                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 602
 603                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 604                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 605
 606                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 607                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 608                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 609
 610                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 611                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 612                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 613                     k += 6;
 614
 615                 else if (defendedSquares & blockSq)
 616                     k += 4;
 617
 618                 mbonus += k * rr * 3 / 4, ebonus += k * rr;
 619             }
 620             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 621                 mbonus += (rr * 3 + r * 2 + 3) * 3 / 4, ebonus += rr + r * 2;
 622         } // rr != 0
 623
 624         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
 625             ebonus += ebonus / 4;
 626
 627         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 628     }
 629
 630     if (DoTrace)
 631         Trace::add(PASSED, Us, score);
 632
 633     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 634     return score;
 635   }
 636
 637
 638   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 639   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 640   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 641   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 642   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 643   // improve play on game opening.
 644   template<Color Us>
 645   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 646
 647     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 648     const Bitboard SpaceMask =
 649       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 650                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 651
 652     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 653     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 654     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 655     Bitboard safe =   SpaceMask
 656                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 657                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 658                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 659
 660     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 661     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 662     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 663     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 664
 665     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 666     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 667
 668     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 669     int bonus = popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 670     int weight =  pos.count<KNIGHT>(Us) + pos.count<BISHOP>(Us)
 671                 + pos.count<KNIGHT>(Them) + pos.count<BISHOP>(Them);
 672
 673     return make_score(bonus * weight * weight * 2 / 11, 0);
 674   }
 675
 676
 677   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 678   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 679   // status of the players.
 680   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 681
 682     int kingDistance = distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 683     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 684
 685     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 686     int initiative = 8 * (pawns + asymmetry + kingDistance - 15);
 687
 688     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 689     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 690     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 691     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 692
 693     return make_score(0, value);
 694   }
 695
 696
 697   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 698   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Score score) {
 699
 700     Color strongSide = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 701     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 702
 703     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 704     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 705     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 706         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 707     {
 708         if (pos.opposite_bishops())
 709         {
 710             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 711             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 712             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 713                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 714                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 715
 716             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 717             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 718             else
 719                 sf = ScaleFactor(46 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
 720         }
 721         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 722         // pawns are drawish.
 723         else if (    abs(eg_value(score)) <= BishopValueEg
 724                  &&  ei.pi->pawn_span(strongSide) <= 1
 725                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 726             sf = ei.pi->pawn_span(strongSide) ? ScaleFactor(51) : ScaleFactor(37);
 727     }
 728
 729     return sf;
 730   }
 731
 732 } // namespace
 733
 734
 735 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 736 /// of the position from the point of view of the side to move.
 737
 738 template<bool DoTrace>
 739 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 740
 741   assert(!pos.checkers());
 742
 743   EvalInfo ei;
 744   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 745
 746   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 747   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
 748   // internally from the white point of view.
 749   score = pos.psq_score();
 750
 751   // Probe the material hash table
 752   ei.me = Material::probe(pos);
 753   score += ei.me->imbalance();
 754
 755   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 756   // configuration, call it and return.
 757   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 758       return ei.me->evaluate(pos);
 759
 760   // Probe the pawn hash table
 761   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 762   score += ei.pi->pawns_score();
 763
 764   // Initialize attack and king safety bitboards
 765   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 766   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 767   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 768
 769   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 770   Bitboard blockedPawns[] = {
 771     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 772     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 773   };
 774
 775   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 776   // by our blocked pawns or king.
 777   Bitboard mobilityArea[] = {
 778     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 779     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 780   };
 781
 782   // Evaluate all pieces but king and pawns
 783   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 784   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 785
 786   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 787   // information when computing the king safety evaluation.
 788   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 789           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 790
 791   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 792   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 793           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 794
 795   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 796   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 797           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 798
 799   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 800   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 801   {
 802       Bitboard b;
 803       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 804           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 805
 806       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 807           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 808   }
 809
 810   // Evaluate space for both sides, only during opening
 811   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 812       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 813               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 814
 815   // Evaluate position potential for the winning side
 816   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 817
 818   // Evaluate scale factor for the winning side
 819   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, score);
 820
 821   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 822   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 823            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 824
 825   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 826
 827   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 828   if (DoTrace)
 829   {
 830       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 831       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 832       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 833       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 834       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 835                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 836       Trace::add(TOTAL, score);
 837   }
 838
 839   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 840 }
 841
 842 // Explicit template instantiations
 843 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 844 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 845
 846
 847 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 848 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 849 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 850
 851 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 852
 853   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 854
 855   Value v = evaluate<true>(pos);
 856   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 857
 858   std::stringstream ss;
 859   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 860      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 861      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 862      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 863      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 864      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 865      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 866      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 867      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 868      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 869      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 870      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 871      << "    King safety | " << Term(KING)
 872      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 873      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 874      << "          Space | " << Term(SPACE)
 875      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 876      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 877
 878   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 879
 880   return ss.str();
 881 }
 882
 883
 884 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 885
 886 void Eval::init() {
 887
 888   const int MaxSlope = 322;
 889   const int Peak = 47410;
 890   int t = 0;
 891
 892   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 893   {
 894       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
 895       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
 896   }
 897 }