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) 2015-2019 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   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 127   };
 128
 129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 133   };
 134
 135   // Assorted bonuses and penalties
 136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 144   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
 145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 155   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
 156
 157 #undef S
 158
 159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 160   template<Tracing T>
 161   class Evaluation {
 162
 163   public:
 164     Evaluation() = delete;
 165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 167     Value value();
 168
 169   private:
 170     template<Color Us> void initialize();
 171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 172     template<Color Us> Score king() const;
 173     template<Color Us> Score threats() const;
 174     template<Color Us> Score passed() const;
 175     template<Color Us> Score space() const;
 176     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 177     Score initiative(Value eg) const;
 178
 179     const Position& pos;
 180     Material::Entry* me;
 181     Pawns::Entry* pe;
 182     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 183     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 184
 185     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 186     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 187     // is also calculated is ALL_PIECES.
 188     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 189
 190     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 191     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 192     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 193
 194     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 195     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 196     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 197     // and h6.
 198     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 199
 200     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 201     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 202     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 203
 204     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 205     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 206     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 207     // the KingAttackWeights array.
 208     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 209
 210     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 211     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 212     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 213     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 214     // to kingAttacksCount[WHITE].
 215     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 216   };
 217
 218
 219   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 220   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 221   template<Tracing T> template<Color Us>
 222   void Evaluation<T>::initialize() {
 223
 224     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 225     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 226     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 227     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 228
 229     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 230
 231     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 232
 233     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 234     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 235
 236     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 237     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 238     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 239
 240     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 241     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 242     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 243     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 244     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 245
 246     // Init our king safety tables
 247     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 248     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 249         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 250
 251     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 252         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 253
 254     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 255         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 256
 257     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 258     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 259
 260     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 261     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 262   }
 263
 264
 265   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 266   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 267   Score Evaluation<T>::pieces() {
 268
 269     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 270     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 271     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 272                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 273     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 274
 275     Bitboard b, bb;
 276     Score score = SCORE_ZERO;
 277
 278     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 279
 280     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 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(QUEEN))
 284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 285                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 286
 287         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 288             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 289
 290         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 291         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 292         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 293
 294         if (b & kingRing[Them])
 295         {
 296             kingAttackersCount[Us]++;
 297             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 298             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 299         }
 300
 301         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 302
 303         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 304
 305         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 306         {
 307             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 308             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 309             if (bb & s)
 310                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 311
 312             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 313                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
 314
 315             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 316             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 317                 score += MinorBehindPawn;
 318
 319             // Penalty if the piece is far from the king
 320             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 321
 322             if (Pt == BISHOP)
 323             {
 324                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 325                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 326                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 327
 328                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 329                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 330
 331                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 332                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 333                     score += LongDiagonalBishop;
 334             }
 335
 336             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 337             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 338             // when that pawn is also blocked.
 339             if (   Pt == BISHOP
 340                 && pos.is_chess960()
 341                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 342             {
 343                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 344                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 345                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 346                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 347                                                                               : CorneredBishop;
 348             }
 349         }
 350
 351         if (Pt == ROOK)
 352         {
 353             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 354             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 355                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 356
 357             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 358             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 359                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
 360
 361             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 362             else if (mob <= 3)
 363             {
 364                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 365                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 366                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 367             }
 368         }
 369
 370         if (Pt == QUEEN)
 371         {
 372             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 373             Bitboard queenPinners;
 374             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 375                 score -= WeakQueen;
 376         }
 377     }
 378     if (T)
 379         Trace::add(Pt, Us, score);
 380
 381     return score;
 382   }
 383
 384
 385   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 386   template<Tracing T> template<Color Us>
 387   Score Evaluation<T>::king() const {
 388
 389     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 390     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 391                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 392
 393     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 394     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 395     int kingDanger = 0;
 396     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 397
 398     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 399     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 400
 401     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 402     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 403           & ~attackedBy2[Us]
 404           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 405
 406     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 407     safe  = ~pos.pieces(Them);
 408     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 409
 410     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 411     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 412
 413     // Enemy rooks checks
 414     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 415
 416     if (rookChecks)
 417         kingDanger += RookSafeCheck;
 418     else
 419         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 420
 421     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 422     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 423     queenChecks =  (b1 | b2)
 424                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 425                  & safe
 426                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 427                  & ~rookChecks;
 428
 429     if (queenChecks)
 430         kingDanger += QueenSafeCheck;
 431
 432     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 433     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 434     bishopChecks =  b2
 435                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 436                   & safe
 437                   & ~queenChecks;
 438
 439     if (bishopChecks)
 440         kingDanger += BishopSafeCheck;
 441     else
 442         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 443
 444     // Enemy knights checks
 445     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 446
 447     if (knightChecks & safe)
 448         kingDanger += KnightSafeCheck;
 449     else
 450         unsafeChecks |= knightChecks;
 451
 452     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 453     // the square is in the attacker's mobility area.
 454     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 455
 456     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 457     // which are attacked twice in that flank.
 458     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 459     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 460
 461     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 462
 463     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 464                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 465                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 466                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 467                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 468                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 469                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 470                  -   6 * mg_value(score) / 8
 471                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 472                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 473                  -   7;
 474
 475     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 476     if (kingDanger > 100)
 477         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 478
 479     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 480     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 481         score -= PawnlessFlank;
 482
 483     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 484     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 485
 486     if (T)
 487         Trace::add(KING, Us, score);
 488
 489     return score;
 490   }
 491
 492
 493   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 494   // attacking and the attacked pieces.
 495   template<Tracing T> template<Color Us>
 496   Score Evaluation<T>::threats() const {
 497
 498     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 499     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 500     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 501
 502     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 503     Score score = SCORE_ZERO;
 504
 505     // Non-pawn enemies
 506     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 507
 508     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 509     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 510     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 511                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 512
 513     // Non-pawn enemies, strongly protected
 514     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 515
 516     // Enemies not strongly protected and under our attack
 517     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 518
 519     // Safe or protected squares
 520     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 521
 522     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 523     if (defended | weak)
 524     {
 525         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 526         while (b)
 527         {
 528             Square s = pop_lsb(&b);
 529             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 530             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 531                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 532         }
 533
 534         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 535         while (b)
 536         {
 537             Square s = pop_lsb(&b);
 538             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 539             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 540                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 541         }
 542
 543         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 544             score += ThreatByKing;
 545
 546         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 547            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 548         score += Hanging * popcount(weak & b);
 549     }
 550
 551     // Bonus for restricting their piece moves
 552     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 553        & ~stronglyProtected
 554        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 555
 556     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 557
 558     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 559     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 560         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 561
 562     // Find squares where our pawns can push on the next move
 563     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 564     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 565
 566     // Keep only the squares which are relatively safe
 567     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 568
 569     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 570     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 571     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 572
 573     // Our safe or protected pawns
 574     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 575
 576     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 577     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 578
 579     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 580     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 581     {
 582         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 583         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 584
 585         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 586
 587         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 588
 589         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 590            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 591
 592         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 593     }
 594
 595     if (T)
 596         Trace::add(THREAT, Us, score);
 597
 598     return score;
 599   }
 600
 601   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 602   // pawns of the given color.
 603
 604   template<Tracing T> template<Color Us>
 605   Score Evaluation<T>::passed() const {
 606
 607     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 608     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 609
 610     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 611       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 612     };
 613
 614     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 615     Score score = SCORE_ZERO;
 616
 617     b = pe->passed_pawns(Us);
 618
 619     while (b)
 620     {
 621         Square s = pop_lsb(&b);
 622
 623         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 624
 625         int r = relative_rank(Us, s);
 626
 627         Score bonus = PassedRank[r];
 628
 629         if (r > RANK_3)
 630         {
 631             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 632             Square blockSq = s + Up;
 633
 634             // Adjust bonus based on the king's proximity
 635             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 636                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 637
 638             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 639             if (r != RANK_7)
 640                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 641
 642             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 643             if (pos.empty(blockSq))
 644             {
 645                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 646                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 647                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 648                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 649
 650                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 651
 652                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 653                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 654
 655                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 656                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 657
 658                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 659                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 660                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 661
 662                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
 663                 if (defendedSquares & blockSq)
 664                     k += 5;
 665
 666                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 667             }
 668         } // r > RANK_3
 669
 670         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 671         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 672         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 673             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 674             bonus = bonus / 2;
 675
 676         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 677     }
 678
 679     if (T)
 680         Trace::add(PASSED, Us, score);
 681
 682     return score;
 683   }
 684
 685
 686   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 687   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 688   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 689   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 690   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 691   // improve play on game opening.
 692
 693   template<Tracing T> template<Color Us>
 694   Score Evaluation<T>::space() const {
 695
 696     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 697         return SCORE_ZERO;
 698
 699     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 700     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 701     constexpr Bitboard SpaceMask =
 702       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 703                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 704
 705     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 706     Bitboard safe =   SpaceMask
 707                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 708                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 709
 710     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 711     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 712     behind |= shift<Down>(behind);
 713     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 714
 715     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 716     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 717     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 718
 719     if (T)
 720         Trace::add(SPACE, Us, score);
 721
 722     return score;
 723   }
 724
 725
 726   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 727   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 728   // known attacking/defending status of the players.
 729
 730   template<Tracing T>
 731   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 732
 733     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 734                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 735
 736     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 737                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 738
 739     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 740     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 741                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 742                     +  9 * outflanking
 743                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 744                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 745                     -103 ;
 746
 747     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 748     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 749     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 750     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 751
 752     if (T)
 753         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 754
 755     return make_score(0, v);
 756   }
 757
 758
 759   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 760
 761   template<Tracing T>
 762   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 763
 764     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 765     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 766
 767     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 768     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 769     {
 770         if (   pos.opposite_bishops()
 771             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 772             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 773         else
 774             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 775
 776     }
 777
 778     return ScaleFactor(sf);
 779   }
 780
 781
 782   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 783   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 784   // of view of the side to move.
 785
 786   template<Tracing T>
 787   Value Evaluation<T>::value() {
 788
 789     assert(!pos.checkers());
 790
 791     // Probe the material hash table
 792     me = Material::probe(pos);
 793
 794     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 795     // configuration, call it and return.
 796     if (me->specialized_eval_exists())
 797         return me->evaluate(pos);
 798
 799     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 800     // the position object (material + piece square tables) and the material
 801     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 802     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 803
 804     // Probe the pawn hash table
 805     pe = Pawns::probe(pos);
 806     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 807
 808     // Early exit if score is high
 809     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 810     if (abs(v) > (LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64))
 811        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 812
 813     // Main evaluation begins here
 814
 815     initialize<WHITE>();
 816     initialize<BLACK>();
 817
 818     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 819     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 820             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 821             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 822             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 823
 824     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 825
 826     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 827             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 828             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 829             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 830
 831     score += initiative(eg_value(score));
 832
 833     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 834     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 835     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 836        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 837
 838     v /= PHASE_MIDGAME;
 839
 840     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 841     if (T)
 842     {
 843         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 844         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 845         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 846         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 847         Trace::add(TOTAL, score);
 848     }
 849
 850     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 851            + Eval::Tempo;
 852   }
 853
 854 } // namespace
 855
 856
 857 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 858 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 859
 860 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 861   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 862 }
 863
 864
 865 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 866 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 867 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 868
 869 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 870
 871   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 872
 873   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 874
 875   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 876
 877   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 878
 879   std::stringstream ss;
 880   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 881      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 882      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 883      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 884      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 885      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 886      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 887      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 888      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 889      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 890      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 891      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 892      << " King safety | " << Term(KING)
 893      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 894      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 895      << "       Space | " << Term(SPACE)
 896      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 897      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 898      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 899
 900   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 901
 902   return ss.str();
 903 }