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) 2015-2018 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,   QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide,    KingSide,  KingSide
  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   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  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(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 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(20, 7), S(45, 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(47, 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(36, 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   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
 156
 157   // Assorted bonuses and penalties
 158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
 160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 161   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
 162   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  4,  0);
 163   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 164   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 165   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
 166   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 167   constexpr Score Overload           = S( 16,  7);
 168   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
 169   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
 170   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 171   constexpr Score ThreatByKing       = S( 23, 76);
 172   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 173   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 174   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 175   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 176   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 177   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
 178
 179 #undef S
 180
 181   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 182   template<Tracing T>
 183   class Evaluation {
 184
 185   public:
 186     Evaluation() = delete;
 187     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 188     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 189     Value value();
 190
 191   private:
 192     template<Color Us> void initialize();
 193     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 194     template<Color Us> Score king() const;
 195     template<Color Us> Score threats() const;
 196     template<Color Us> Score passed() const;
 197     template<Color Us> Score space() const;
 198     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 199     Score initiative(Value eg) const;
 200
 201     const Position& pos;
 202     Material::Entry* me;
 203     Pawns::Entry* pe;
 204     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 205     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 206
 207     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 208     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 209     // is also calculated is ALL_PIECES.
 210     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 211
 212     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 213     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 214     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 215     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 216
 217     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 218     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 219     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 220     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 221     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 224     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 226
 227     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 228     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 229     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 230     // the KingAttackWeights array.
 231     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 232
 233     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 234     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 235     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 236     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 237     // to kingAttacksCount[WHITE].
 238     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 239   };
 240
 241
 242   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 243   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 244   template<Tracing T> template<Color Us>
 245   void Evaluation<T>::initialize() {
 246
 247     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 248     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 249     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 250     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 251
 252     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 253     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 254
 255     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 256     // are excluded from the mobility area.
 257     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 258
 259     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 260     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 261     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 262     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 263     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 264
 265     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 266     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 267     {
 268         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 269         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 270             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 271
 272         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 273             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 274
 275         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 276             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 277
 278         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 279         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 280     }
 281     else
 282         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 283   }
 284
 285
 286   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 287   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 288   Score Evaluation<T>::pieces() {
 289
 290     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 291     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 292     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 293                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 294     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 295
 296     Bitboard b, bb;
 297     Square s;
 298     Score score = SCORE_ZERO;
 299
 300     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 301
 302     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 303     {
 304         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 305         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 306           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 307                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 308
 309         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 310             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 311
 312         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 313         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 314         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 315
 316         if (b & kingRing[Them])
 317         {
 318             kingAttackersCount[Us]++;
 319             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 320             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 321         }
 322
 323         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 324
 325         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 326
 327         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 328         {
 329             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 330             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 331             if (bb & s)
 332                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 333
 334             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 335                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 336
 337             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 338             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 339                 score += MinorBehindPawn;
 340
 341             // Penalty if the piece is far from the king
 342             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 343
 344             if (Pt == BISHOP)
 345             {
 346                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 347                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 348                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 349
 350                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 351                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 352
 353                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 354                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 355                     score += LongDiagonalBishop;
 356             }
 357
 358             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 359             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 360             // when that pawn is also blocked.
 361             if (   Pt == BISHOP
 362                 && pos.is_chess960()
 363                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 364             {
 365                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 366                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 367                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 368                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 369                                                                               : CorneredBishop;
 370             }
 371         }
 372
 373         if (Pt == ROOK)
 374         {
 375             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 376             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 377                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 378
 379             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 380             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 381                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 382
 383             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 384             else if (mob <= 3)
 385             {
 386                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 387                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 388                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 389             }
 390         }
 391
 392         if (Pt == QUEEN)
 393         {
 394             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 395             Bitboard queenPinners;
 396             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 397                 score -= WeakQueen;
 398         }
 399     }
 400     if (T)
 401         Trace::add(Pt, Us, score);
 402
 403     return score;
 404   }
 405
 406
 407   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 408   template<Tracing T> template<Color Us>
 409   Score Evaluation<T>::king() const {
 410
 411     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 412     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 413                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 414
 415     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 416     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 417
 418     // King shelter and enemy pawns storm
 419     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 420
 421     // Main king safety evaluation
 422     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 423     {
 424         int kingDanger = 0;
 425         unsafeChecks = 0;
 426
 427         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 428         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 429               & ~attackedBy2[Us]
 430               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 431
 432         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 433         safe  = ~pos.pieces(Them);
 434         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 435
 436         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 437         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 438
 439         // Enemy queen safe checks
 440         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 441             kingDanger += QueenSafeCheck;
 442
 443         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 444         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 445
 446         // Enemy rooks checks
 447         if (b1 & safe)
 448             kingDanger += RookSafeCheck;
 449         else
 450             unsafeChecks |= b1;
 451
 452         // Enemy bishops checks
 453         if (b2 & safe)
 454             kingDanger += BishopSafeCheck;
 455         else
 456             unsafeChecks |= b2;
 457
 458         // Enemy knights checks
 459         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 460         if (b & safe)
 461             kingDanger += KnightSafeCheck;
 462         else
 463             unsafeChecks |= b;
 464
 465         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 466         // the square is in the attacker's mobility area.
 467         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 468
 469         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 470                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 471                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 472                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 473                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 474                      -   6 * mg_value(score) / 8
 475                      -   2 ;
 476
 477         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 478         if (kingDanger > 0)
 479         {
 480             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 481             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 482             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 483         }
 484     }
 485
 486     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
 487
 488     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 489     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
 490         score -= PawnlessFlank;
 491
 492     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 493     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 494     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
 495     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 496
 497     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
 498     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
 499
 500     if (T)
 501         Trace::add(KING, Us, score);
 502
 503     return score;
 504   }
 505
 506
 507   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 508   // attacking and the attacked pieces.
 509   template<Tracing T> template<Color Us>
 510   Score Evaluation<T>::threats() const {
 511
 512     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 513     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 514     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 515
 516     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
 517     Score score = SCORE_ZERO;
 518
 519     // Non-pawn enemies
 520     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 521
 522     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 523     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 524     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 525                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 526
 527     // Non-pawn enemies, strongly protected
 528     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 529
 530     // Enemies not strongly protected and under our attack
 531     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 532
 533     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 534     if (defended | weak)
 535     {
 536         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 537         while (b)
 538         {
 539             Square s = pop_lsb(&b);
 540             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 541             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 542                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 543         }
 544
 545         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 546         while (b)
 547         {
 548             Square s = pop_lsb(&b);
 549             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 550             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 551                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 552         }
 553
 554         // Bonus for king attacks on pawns or pieces which are not pawn-defended
 555         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 556             score += ThreatByKing;
 557
 558         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 559
 560         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 561         score += Overload * popcount(b);
 562     }
 563
 564     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 565     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 566         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 567
 568     // Our safe or protected pawns
 569     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
 570        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 571
 572     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 573     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 574
 575     // Find squares where our pawns can push on the next move
 576     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 577     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 578
 579     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 580     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 581         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 582
 583     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 584     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
 585        &  pos.pieces(Them)
 586        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 587
 588     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 589
 590     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 591     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 592     {
 593         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 594         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 595
 596         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 597
 598         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 599
 600         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 601            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 602
 603         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
 604     }
 605
 606     if (T)
 607         Trace::add(THREAT, Us, score);
 608
 609     return score;
 610   }
 611
 612   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 613   // pawns of the given color.
 614
 615   template<Tracing T> template<Color Us>
 616   Score Evaluation<T>::passed() const {
 617
 618     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 619     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 620
 621     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 622       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 623     };
 624
 625     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 626     Score score = SCORE_ZERO;
 627
 628     b = pe->passed_pawns(Us);
 629
 630     while (b)
 631     {
 632         Square s = pop_lsb(&b);
 633
 634         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 635
 636         bb = forward_file_bb(Us, s) & pos.pieces(Them);
 637         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 638
 639         int r = relative_rank(Us, s);
 640         int w = PassedDanger[r];
 641
 642         Score bonus = PassedRank[r];
 643
 644         if (w)
 645         {
 646             Square blockSq = s + Up;
 647
 648             // Adjust bonus based on the king's proximity
 649             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 650                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 651
 652             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 653             if (r != RANK_7)
 654                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 655
 656             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 657             if (pos.empty(blockSq))
 658             {
 659                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 660                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 661                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 662                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 663
 664                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 665
 666                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 667                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 668
 669                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 670                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 671
 672                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 673                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 674                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 675
 676                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 677                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 678                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 679                     k += 6;
 680
 681                 else if (defendedSquares & blockSq)
 682                     k += 4;
 683
 684                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 685             }
 686             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 687                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 688         } // w != 0
 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     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 717     constexpr Bitboard SpaceMask =
 718       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 719                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 720
 721     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 722         return SCORE_ZERO;
 723
 724     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 725     Bitboard safe =   SpaceMask
 726                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 727                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 728
 729     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 730     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 731     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 732     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 733
 734     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 735     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 736
 737     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 738
 739     if (T)
 740         Trace::add(SPACE, Us, score);
 741
 742     return score;
 743   }
 744
 745
 746   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 747   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 748   // known attacking/defending status of the players.
 749
 750   template<Tracing T>
 751   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 752
 753     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 754                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 755
 756     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 757                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 758
 759     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 760     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 761                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 762                     + 12 * outflanking
 763                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 764                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 765                     -136 ;
 766
 767     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 768     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 769     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 770     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 771
 772     if (T)
 773         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 774
 775     return make_score(0, v);
 776   }
 777
 778
 779   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 780
 781   template<Tracing T>
 782   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 783
 784     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 785     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 786
 787     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 788     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 789     {
 790         if (   pos.opposite_bishops()
 791             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 792             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 793             sf = 31;
 794         else
 795             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 796     }
 797
 798     return ScaleFactor(sf);
 799   }
 800
 801
 802   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 803   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 804   // of view of the side to move.
 805
 806   template<Tracing T>
 807   Value Evaluation<T>::value() {
 808
 809     assert(!pos.checkers());
 810
 811     // Probe the material hash table
 812     me = Material::probe(pos);
 813
 814     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 815     // configuration, call it and return.
 816     if (me->specialized_eval_exists())
 817         return me->evaluate(pos);
 818
 819     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 820     // the position object (material + piece square tables) and the material
 821     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 822     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 823
 824     // Probe the pawn hash table
 825     pe = Pawns::probe(pos);
 826     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 827
 828     // Early exit if score is high
 829     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 830     if (abs(v) > LazyThreshold)
 831        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 832
 833     // Main evaluation begins here
 834
 835     initialize<WHITE>();
 836     initialize<BLACK>();
 837
 838     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 839     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 840             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 841             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 842             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 843
 844     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 845
 846     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 847             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 848             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 849             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 850
 851     score += initiative(eg_value(score));
 852
 853     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 854     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 855     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 856        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 857
 858     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 859
 860     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 861     if (T)
 862     {
 863         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 864         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 865         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 866         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 867         Trace::add(TOTAL, score);
 868     }
 869
 870     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 871            + Eval::Tempo;
 872   }
 873
 874 } // namespace
 875
 876
 877 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 878 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 879
 880 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 881   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 882 }
 883
 884
 885 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 886 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 887 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 888
 889 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 890
 891   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 892
 893   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 894
 895   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 896
 897   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 898
 899   std::stringstream ss;
 900   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 901      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 902      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 903      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 904      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 905      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 906      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 907      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 908      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 909      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 910      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 911      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 912      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 913      << " King safety | " << Term(KING)
 914      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 915      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 916      << "       Space | " << Term(SPACE)
 917      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 918      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 919
 920   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 921
 922   return ss.str();
 923 }