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(4, 17), S(7, 20), S(14, 36), S(42, 62), S(165, 171), S(279, 252)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( 11, 14), S( 0, -5), S(-2, -8), S(-25,-13),
 151     S(-25,-13), S(-2, -8), S( 0, -5), S( 11, 14)
 152   };
 153
 154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 2, 7, 12, 19 };
 156
 157   // KingProtector[knight/bishop] contains a penalty according to distance from king
 158   constexpr Score KingProtector[] = { S(4, 6), S(6, 3) };
 159
 160   // Assorted bonuses and penalties
 161   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  5);
 162   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
 163   constexpr Score Connectivity       = S(  3,  1);
 164   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 165   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
 166   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  5, -1);
 167   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 168   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
 169   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 170   constexpr Score Overload           = S( 10,  5);
 171   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
 172   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
 173   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 174   constexpr Score ThreatByKing       = S( 31, 75);
 175   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 49, 30);
 176   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 177   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(165,133);
 178   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 179   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 180   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 26);
 181
 182 #undef S
 183
 184   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 185   template<Tracing T>
 186   class Evaluation {
 187
 188   public:
 189     Evaluation() = delete;
 190     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 191     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 192     Value value();
 193
 194   private:
 195     template<Color Us> void initialize();
 196     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 197     template<Color Us> Score king() const;
 198     template<Color Us> Score threats() const;
 199     template<Color Us> Score passed() const;
 200     template<Color Us> Score space() const;
 201     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 202     Score initiative(Value eg) const;
 203
 204     const Position& pos;
 205     Material::Entry* me;
 206     Pawns::Entry* pe;
 207     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 208     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 209
 210     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 211     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 212     // is also calculated is ALL_PIECES.
 213     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 214
 215     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 216     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 217     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 218     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 219
 220     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 221     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 222     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 223     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 224     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 225
 226     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 227     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 228     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 229
 230     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 231     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 232     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 233     // the KingAttackWeights array.
 234     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 235
 236     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 237     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 238     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 239     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 240     // to kingAttacksCount[WHITE].
 241     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 242   };
 243
 244
 245   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 246   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 247   template<Tracing T> template<Color Us>
 248   void Evaluation<T>::initialize() {
 249
 250     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 251     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 252     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 253     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 254
 255     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 256     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 257
 258     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 259     // are excluded from the mobility area.
 260     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 261
 262     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 263     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 264     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 265     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 266     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 267
 268     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 269     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 270     {
 271         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 272         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 273             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 274
 275         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 276             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 277
 278         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 279             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 280
 281         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 282         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 283     }
 284     else
 285         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 286   }
 287
 288
 289   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 290   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 291   Score Evaluation<T>::pieces() {
 292
 293     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 294     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 295     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 296                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 297     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 298
 299     Bitboard b, bb;
 300     Square s;
 301     Score score = SCORE_ZERO;
 302
 303     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 304
 305     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 306     {
 307         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 308         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 309           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 310                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 311
 312         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 313             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 314
 315         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 316         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 317         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 318
 319         if (b & kingRing[Them])
 320         {
 321             kingAttackersCount[Us]++;
 322             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 323             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 324         }
 325
 326         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 327
 328         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 329
 330         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 331         {
 332             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 333             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 334             if (bb & s)
 335                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 336
 337             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 338                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 339
 340             // Bonus when behind a pawn
 341             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 342                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 343                 score += MinorBehindPawn;
 344
 345             // Penalty if the piece is far from the king
 346             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 347
 348             if (Pt == BISHOP)
 349             {
 350                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 351                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 352                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 353
 354                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 355                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 356
 357                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 358                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 359                     score += LongDiagonalBishop;
 360             }
 361
 362             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 363             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 364             // when that pawn is also blocked.
 365             if (   Pt == BISHOP
 366                 && pos.is_chess960()
 367                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 368             {
 369                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 370                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 371                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 372                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 373                                                                               : CorneredBishop;
 374             }
 375         }
 376
 377         if (Pt == ROOK)
 378         {
 379             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 380             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 381                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 382
 383             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 384             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 385                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 386
 387             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 388             else if (mob <= 3)
 389             {
 390                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 391                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 392                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 393             }
 394         }
 395
 396         if (Pt == QUEEN)
 397         {
 398             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 399             Bitboard queenPinners;
 400             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 401                 score -= WeakQueen;
 402         }
 403     }
 404     if (T)
 405         Trace::add(Pt, Us, score);
 406
 407     return score;
 408   }
 409
 410
 411   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 412   template<Tracing T> template<Color Us>
 413   Score Evaluation<T>::king() const {
 414
 415     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 416     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 417                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 418
 419     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 420     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 421
 422     // King shelter and enemy pawns storm
 423     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 424
 425     // Main king safety evaluation
 426     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 427     {
 428         int kingDanger = 0;
 429         unsafeChecks = 0;
 430
 431         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 432         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 433               & ~attackedBy2[Us]
 434               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 435
 436         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 437         safe  = ~pos.pieces(Them);
 438         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 439
 440         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 441         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 442
 443         // Enemy queen safe checks
 444         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 445             kingDanger += QueenSafeCheck;
 446
 447         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 448         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 449
 450         // Enemy rooks checks
 451         if (b1 & safe)
 452             kingDanger += RookSafeCheck;
 453         else
 454             unsafeChecks |= b1;
 455
 456         // Enemy bishops checks
 457         if (b2 & safe)
 458             kingDanger += BishopSafeCheck;
 459         else
 460             unsafeChecks |= b2;
 461
 462         // Enemy knights checks
 463         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 464         if (b & safe)
 465             kingDanger += KnightSafeCheck;
 466         else
 467             unsafeChecks |= b;
 468
 469         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 470         // the square is in the attacker's mobility area.
 471         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 472
 473         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 474                      + 64  * kingAttacksCount[Them]
 475                      + 183 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 476                      + 122 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 477                      - 860 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 478                      -   7 * mg_value(score) / 8
 479                      +  17 ;
 480
 481         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 482         if (kingDanger > 0)
 483         {
 484             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 485             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 486             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 487         }
 488     }
 489
 490     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
 491
 492     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 493     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
 494         score -= PawnlessFlank;
 495
 496     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 497     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 498     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
 499     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 500
 501     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
 502     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
 503
 504     if (T)
 505         Trace::add(KING, Us, score);
 506
 507     return score;
 508   }
 509
 510
 511   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 512   // attacking and the attacked pieces.
 513   template<Tracing T> template<Color Us>
 514   Score Evaluation<T>::threats() const {
 515
 516     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 517     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 518     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 519
 520     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
 521     Score score = SCORE_ZERO;
 522
 523     // Non-pawn enemies
 524     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 525
 526     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 527     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 528     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 529                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 530
 531     // Non-pawn enemies, strongly protected
 532     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 533
 534     // Enemies not strongly protected and under our attack
 535     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 536
 537     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 538     if (defended | weak)
 539     {
 540         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 541         while (b)
 542         {
 543             Square s = pop_lsb(&b);
 544             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 545             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 546                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 547         }
 548
 549         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 550         while (b)
 551         {
 552             Square s = pop_lsb(&b);
 553             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 554             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 555                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 556         }
 557
 558         // Bonus for king attacks on pawns or pieces which are not pawn-defended
 559         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 560             score += ThreatByKing;
 561
 562         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 563
 564         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked and defended exactly once)
 565         b =  nonPawnEnemies
 566            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]   & ~attackedBy2[Us]
 567            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
 568         score += Overload * popcount(b);
 569     }
 570
 571     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 572     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 573         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 574
 575     // Our safe or protected pawns
 576     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
 577        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 578
 579     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 580     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 581
 582     // Find squares where our pawns can push on the next move
 583     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 584     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 585
 586     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 587     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 588         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 589
 590     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 591     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
 592        &  pos.pieces(Them)
 593        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 594
 595     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 596
 597     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 598     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 599     {
 600         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 601         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 602
 603         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 604
 605         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 606
 607         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 608            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 609
 610         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
 611     }
 612
 613     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
 614     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 615     score += Connectivity * popcount(b);
 616
 617     if (T)
 618         Trace::add(THREAT, Us, score);
 619
 620     return score;
 621   }
 622
 623   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 624   // pawns of the given color.
 625
 626   template<Tracing T> template<Color Us>
 627   Score Evaluation<T>::passed() const {
 628
 629     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 630     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 631
 632     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 633       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 634     };
 635
 636     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 637     Score score = SCORE_ZERO;
 638
 639     b = pe->passed_pawns(Us);
 640
 641     while (b)
 642     {
 643         Square s = pop_lsb(&b);
 644
 645         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 646
 647         bb = forward_file_bb(Us, s) & pos.pieces(Them);
 648         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 649
 650         int r = relative_rank(Us, s);
 651         int w = PassedDanger[r];
 652
 653         Score bonus = PassedRank[r];
 654
 655         if (w)
 656         {
 657             Square blockSq = s + Up;
 658
 659             // Adjust bonus based on the king's proximity
 660             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 661                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 662
 663             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 664             if (r != RANK_7)
 665                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 666
 667             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 668             if (pos.empty(blockSq))
 669             {
 670                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 671                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 672                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 673                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 674
 675                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 676
 677                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 678                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 679
 680                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 681                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 682
 683                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 684                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 685                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 686
 687                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 688                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 689                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 690                     k += 6;
 691
 692                 else if (defendedSquares & blockSq)
 693                     k += 4;
 694
 695                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 696             }
 697             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 698                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 699         } // w != 0
 700
 701         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 702         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 703         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 704             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 705             bonus = bonus / 2;
 706
 707         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 708     }
 709
 710     if (T)
 711         Trace::add(PASSED, Us, score);
 712
 713     return score;
 714   }
 715
 716
 717   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 718   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 719   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 720   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 721   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 722   // improve play on game opening.
 723
 724   template<Tracing T> template<Color Us>
 725   Score Evaluation<T>::space() const {
 726
 727     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 728     constexpr Bitboard SpaceMask =
 729       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 730                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 731
 732     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 733         return SCORE_ZERO;
 734
 735     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 736     Bitboard safe =   SpaceMask
 737                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 738                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 739
 740     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 741     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 742     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 743     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 744
 745     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 746     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 747
 748     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 749
 750     if (T)
 751         Trace::add(SPACE, Us, score);
 752
 753     return score;
 754   }
 755
 756
 757   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 758   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 759   // known attacking/defending status of the players.
 760
 761   template<Tracing T>
 762   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 763
 764     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 765                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 766
 767     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 768                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 769
 770     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 771     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 772                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 773                     + 12 * outflanking
 774                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 775                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 776                     -136 ;
 777
 778     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 779     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 780     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 781     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 782
 783     if (T)
 784         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 785
 786     return make_score(0, v);
 787   }
 788
 789
 790   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 791
 792   template<Tracing T>
 793   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 794
 795     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 796     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 797
 798     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 799     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 800     {
 801         if (   pos.opposite_bishops()
 802             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 803             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 804             sf = 31;
 805         else
 806             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 807     }
 808
 809     return ScaleFactor(sf);
 810   }
 811
 812
 813   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 814   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 815   // of view of the side to move.
 816
 817   template<Tracing T>
 818   Value Evaluation<T>::value() {
 819
 820     assert(!pos.checkers());
 821
 822     // Probe the material hash table
 823     me = Material::probe(pos);
 824
 825     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 826     // configuration, call it and return.
 827     if (me->specialized_eval_exists())
 828         return me->evaluate(pos);
 829
 830     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 831     // the position object (material + piece square tables) and the material
 832     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 833     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 834
 835     // Probe the pawn hash table
 836     pe = Pawns::probe(pos);
 837     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 838
 839     // Early exit if score is high
 840     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 841     if (abs(v) > LazyThreshold)
 842        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 843
 844     // Main evaluation begins here
 845
 846     initialize<WHITE>();
 847     initialize<BLACK>();
 848
 849     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 850     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 851             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 852             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 853             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 854
 855     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 856
 857     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 858             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 859             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 860             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 861
 862     score += initiative(eg_value(score));
 863
 864     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 865     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 866     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 867        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 868
 869     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 870
 871     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 872     if (T)
 873     {
 874         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 875         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 876         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 877         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 878         Trace::add(TOTAL, score);
 879     }
 880
 881     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 882            + Eval::Tempo;
 883   }
 884
 885 } // namespace
 886
 887
 888 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 889 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 890
 891 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 892   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 893 }
 894
 895
 896 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 897 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 898 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 899
 900 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 901
 902   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 903
 904   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 905
 906   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 907
 908   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 909
 910   std::stringstream ss;
 911   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 912      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 913      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 914      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 915      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 916      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 917      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 918      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 919      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 920      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 921      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 922      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 923      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 924      << " King safety | " << Term(KING)
 925      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 926      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 927      << "       Space | " << Term(SPACE)
 928      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 929      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 930
 931   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 932
 933   return ss.str();
 934 }