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

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   namespace Trace {
  35
  36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
  38     };
  39
  40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  41
  42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  43
  44     void add(int idx, Color c, Score s) {
  45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  47     }
  48
  49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  51     }
  52
  53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  54
  55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
  56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  57       else
  58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  62
  63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  65
  66       return os;
  67     }
  68   }
  69
  70   using namespace Trace;
  71
  72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
  73   // by the evaluation functions.
  74   struct EvalInfo {
  75
  76     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
  77     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
  78     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
  79
  80     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
  81     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
  82     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
  83     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
  84
  85     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
  86     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
  87     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
  88     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
  89     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
  90     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
  91     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
  92
  93     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
  94     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
  95     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
  96
  97     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
  98     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
  99     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 100     // KingAttackWeights array.
 101     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 102
 103     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 104     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 105     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 106     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 107     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 108     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 109
 110     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
 111     Material::Entry* me;
 112     Pawns::Entry* pi;
 113   };
 114
 115   #define V(v) Value(v)
 116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 117
 118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
 119   // game, indexed by piece type and number of attacked squares in the MobilityArea.
 120   const Score MobilityBonus[][32] = {
 121     {}, {},
 122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S(- 9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
 123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
 124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
 125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
 126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
 127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
 128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
 129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
 130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
 131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
 132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
 133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
 134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
 135   };
 136
 137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for knights and
 138   // bishops outposts, bigger if outpost piece is supported by a pawn.
 139   const Score Outpost[][2] = {
 140     { S(43,11), S(65,20) }, // Knights
 141     { S(20, 3), S(29, 8) }  // Bishops
 142   };
 143
 144   // ReachableOutpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for
 145   // knights and bishops which can reach an outpost square in one move, bigger
 146   // if outpost square is supported by a pawn.
 147   const Score ReachableOutpost[][2] = {
 148     { S(21, 5), S(35, 8) }, // Knights
 149     { S( 8, 0), S(14, 4) }  // Bishops
 150   };
 151
 152   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 153   // friendly pawn on the rook file.
 154   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 155
 156   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
 157   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
 158   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
 159     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215) };
 160
 161   // Threat[by minor/by rook][attacked PieceType] contains
 162   // bonuses according to which piece type attacks which one.
 163   // Attacks on lesser pieces which are pawn-defended are not considered.
 164   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
 165     { S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72,107), S(48,118) }, // by Minor
 166     { S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48) }  // by Rook
 167   };
 168
 169   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for King attacks on
 170   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 171   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 172
 173   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 174   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 175   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 176     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 177     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 178   };
 179
 180   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 181   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 182     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 183     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S( 9, 10)
 184   };
 185
 186   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 187   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
 188   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
 189   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
 190   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
 191   const Score SafeCheck           = S(20, 20);
 192   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
 193   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
 194   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
 195   const Score WeakQueen           = S(35,  0);
 196   const Score Hanging             = S(48, 27);
 197   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
 198   const Score Unstoppable         = S( 0, 20);
 199
 200   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
 201   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
 202   // happen in Chess960 games.
 203   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
 204
 205   #undef S
 206   #undef V
 207
 208   // King danger constants and variables. The king danger scores are looked-up
 209   // in KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
 210   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
 211   // index to KingDanger[].
 212   Score KingDanger[512];
 213
 214   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 215   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 7, 5, 4, 1 };
 216
 217   // Penalties for enemy's safe checks
 218   const int QueenContactCheck = 89;
 219   const int QueenCheck        = 62;
 220   const int RookCheck         = 57;
 221   const int BishopCheck       = 48;
 222   const int KnightCheck       = 78;
 223
 224
 225   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
 226   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
 227
 228   template<Color Us>
 229   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
 230
 231     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 232     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
 233
 234     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
 235     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING];
 236     ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] |= b;
 237     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
 238     ei.attackedBy2[Us] = ei.attackedBy[Us][PAWN] & ei.attackedBy[Us][KING];
 239
 240     // Init king safety tables only if we are going to use them
 241     if (pos.non_pawn_material(Us) >= QueenValueMg)
 242     {
 243         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
 244         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
 245         ei.kingAttackersCount[Us] = popcount(b);
 246         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
 247     }
 248     else
 249         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
 250   }
 251
 252
 253   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 254   // color and type.
 255
 256   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
 257   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility,
 258                         const Bitboard* mobilityArea) {
 259     Bitboard b, bb;
 260     Square s;
 261     Score score = SCORE_ZERO;
 262
 263     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
 264     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 265     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 266                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 267     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 268
 269     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
 270
 271     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 272     {
 273         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 274         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 275           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 276                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 277
 278         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
 279             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 280
 281         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 282         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
 283
 284         if (b & ei.kingRing[Them])
 285         {
 286             ei.kingAttackersCount[Us]++;
 287             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 288             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
 289         }
 290
 291         if (Pt == QUEEN)
 292             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
 293                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
 294                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
 295
 296         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 297
 298         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
 299
 300         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 301         {
 302             // Bonus for outpost squares
 303             bb = OutpostRanks & ~ei.pi->pawn_attacks_span(Them);
 304             if (bb & s)
 305                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)];
 306             else
 307             {
 308                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 309                 if (bb)
 310                    score += ReachableOutpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 311             }
 312
 313             // Bonus when behind a pawn
 314             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 315                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 316                 score += MinorBehindPawn;
 317
 318             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 319             if (Pt == BISHOP)
 320                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 321
 322             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 323             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 324             // when that pawn is also blocked.
 325             if (   Pt == BISHOP
 326                 && pos.is_chess960()
 327                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 328             {
 329                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
 330                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 331                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 332                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 333                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 334             }
 335         }
 336
 337         if (Pt == ROOK)
 338         {
 339             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 340             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 341                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 342
 343             // Bonus when on an open or semi-open file
 344             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 345                 score += RookOnFile[!!ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s))];
 346
 347             // Penalize when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 348             else if (mob <= 3)
 349             {
 350                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 351
 352                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 353                     && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 354                     && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 355                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 356             }
 357         }
 358
 359         if (Pt == QUEEN)
 360         {
 361             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 362             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(), pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s))
 363                 score -= WeakQueen;
 364         }
 365     }
 366
 367     if (DoTrace)
 368         Trace::add(Pt, Us, score);
 369
 370     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
 371     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 372   }
 373
 374   template<>
 375   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 376   template<>
 377   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*, const Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
 378
 379
 380   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 381
 382   template<Color Us, bool DoTrace>
 383   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 384
 385     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 386     const Square  Up = (Us == WHITE ? DELTA_N : DELTA_S);
 387
 388     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
 389     int attackUnits;
 390     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 391
 392     // King shelter and enemy pawns storm
 393     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 394
 395     // Main king safety evaluation
 396     if (ei.kingAttackersCount[Them])
 397     {
 398         // Find the attacked squares which are defended only by the king...
 399         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 400                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
 401                     & ~ei.attackedBy2[Us];
 402
 403         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
 404         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 405            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
 406
 407         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
 408         // index into the KingDanger[] array. The initial value is based on the
 409         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
 410         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
 411         // the pawn shelter (current 'score' value).
 412         attackUnits =  std::min(72, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
 413                      +  9 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 414                      + 21 * popcount(undefended)
 415                      + 12 * (popcount(b) + !!ei.pinnedPieces[Us])
 416                      - 64 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 417                      - mg_value(score) / 8;
 418
 419         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
 420         // undefended squares around the king reachable by the enemy queen...
 421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
 422
 423         // ...and keep squares supported by another enemy piece
 424         attackUnits += QueenContactCheck * popcount(b & ei.attackedBy2[Them]);
 425
 426         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move...
 427         safe  = ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 428
 429         // ... and some other potential checks, only requiring the square to be
 430         // safe from pawn-attacks, and not being occupied by a blocked pawn.
 431         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
 432                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift_bb<Up>(pos.pieces(PAWN))));
 433
 434         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
 435         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
 436
 437         // Enemy queen safe checks
 438         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
 439             attackUnits += QueenCheck, score -= SafeCheck;
 440
 441         // For other pieces, also consider the square safe if attacked twice,
 442         // and only defended by a queen.
 443         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
 444                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
 445                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
 446
 447         // Enemy rooks safe and other checks
 448         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
 449             attackUnits += RookCheck, score -= SafeCheck;
 450
 451         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
 452             score -= OtherCheck;
 453
 454         // Enemy bishops safe and other checks
 455         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
 456             attackUnits += BishopCheck, score -= SafeCheck;
 457
 458         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
 459             score -= OtherCheck;
 460
 461         // Enemy knights safe and other checks
 462         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
 463         if (b & safe)
 464             attackUnits += KnightCheck, score -= SafeCheck;
 465
 466         else if (b & other)
 467             score -= OtherCheck;
 468
 469         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
 470         // array and subtract the score from the evaluation.
 471         score -= KingDanger[std::max(std::min(attackUnits, 399), 0)];
 472     }
 473
 474     if (DoTrace)
 475         Trace::add(KING, Us, score);
 476
 477     return score;
 478   }
 479
 480
 481   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 482   // and the attacked pieces.
 483
 484   const Bitboard WhiteCamp = Rank1BB | Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB | Rank5BB;
 485   const Bitboard BlackCamp = Rank8BB | Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB | Rank4BB;
 486   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
 487   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
 488   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
 489
 490   const Bitboard KingFlank[COLOR_NB][FILE_NB] = {
 491     { QueenSide   & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, QueenSide & WhiteCamp, CenterFiles & WhiteCamp,
 492       CenterFiles & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide  & WhiteCamp, KingSide    & WhiteCamp },
 493     { QueenSide   & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, QueenSide & BlackCamp, CenterFiles & BlackCamp,
 494       CenterFiles & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide  & BlackCamp, KingSide    & BlackCamp },
 495   };
 496
 497   template<Color Us, bool DoTrace>
 498   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 499
 500     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 501     const Square Up         = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 502     const Square Left       = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 503     const Square Right      = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 504     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB  : Rank7BB);
 505     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB  : Rank2BB);
 506
 507     enum { Minor, Rook };
 508
 509     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
 510     Score score = SCORE_ZERO;
 511
 512     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
 513     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
 514         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
 515         score += LooseEnemies;
 516
 517     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 518     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
 519
 520     if (weak)
 521     {
 522         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 523                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 524
 525         safeThreats = (shift_bb<Right>(b) | shift_bb<Left>(b)) & weak;
 526
 527         if (weak ^ safeThreats)
 528             score += ThreatByHangingPawn;
 529
 530         while (safeThreats)
 531             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
 532     }
 533
 534     // Non-pawn enemies defended by a pawn
 535     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
 536
 537     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
 538     weak =   pos.pieces(Them)
 539           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 540           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 541
 542     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 543     if (defended | weak)
 544     {
 545         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
 546         while (b)
 547             score += Threat[Minor][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 548
 549         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
 550         while (b)
 551             score += Threat[Rook ][type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 552
 553         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 554
 555         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
 556         if (b)
 557             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 558     }
 559
 560     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
 561     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
 562     b = shift_bb<Up>(b | (shift_bb<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
 563
 564     b &=  ~pos.pieces()
 565         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 566         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 567
 568     b =  (shift_bb<Left>(b) | shift_bb<Right>(b))
 569        &  pos.pieces(Them)
 570        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
 571
 572     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 573
 574     // King tropism: firstly, find squares that we attack in the enemy king flank
 575     b = ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[Them][file_of(pos.square<KING>(Them))];
 576
 577     // Secondly, add to the bitboard the squares which we attack twice in that flank
 578     // but which are not protected by a enemy pawn. Note the trick to shift away the
 579     // previous attack bits to the empty part of the bitboard.
 580     b =  (b & ei.attackedBy2[Us] & ~ei.attackedBy[Them][PAWN])
 581        | (Us == WHITE ? b >> 4 : b << 4);
 582
 583     // Count all these squares with a single popcount
 584     score += make_score(7 * popcount(b), 0);
 585
 586     if (DoTrace)
 587         Trace::add(THREAT, Us, score);
 588
 589     return score;
 590   }
 591
 592
 593   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
 594
 595   template<Color Us, bool DoTrace>
 596   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 597
 598     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 599
 600     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 601     Score score = SCORE_ZERO;
 602
 603     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
 604
 605     while (b)
 606     {
 607         Square s = pop_lsb(&b);
 608
 609         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
 610         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
 611
 612         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 613         int rr = r * (r - 1);
 614
 615         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 616
 617         if (rr)
 618         {
 619             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 620
 621             // Adjust bonus based on the king's proximity
 622             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 623                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
 624
 625             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 626             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 627                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
 628
 629             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 630             if (pos.empty(blockSq))
 631             {
 632                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 633                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 634                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 635                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
 636
 637                 Bitboard bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 638
 639                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 640                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 641
 642                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 643                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 644
 645                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 646                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 647                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 648
 649                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 650                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 651                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 652                     k += 6;
 653
 654                 else if (defendedSquares & blockSq)
 655                     k += 4;
 656
 657                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 658             }
 659             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 660                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 661         } // rr != 0
 662
 663         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 664     }
 665
 666     if (DoTrace)
 667         Trace::add(PASSED, Us, score);
 668
 669     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
 670     return score;
 671   }
 672
 673
 674   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 675   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 676   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 677   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 678   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 679   // improve play on game opening.
 680   template<Color Us>
 681   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 682
 683     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 684     const Bitboard SpaceMask =
 685       Us == WHITE ? (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 686                   : (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 687
 688     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 689     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 690     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 691     Bitboard safe =   SpaceMask
 692                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 693                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
 694                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 695
 696     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 697     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 698     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 699     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 700
 701     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 702     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 703
 704     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount
 705     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 706     bonus = std::min(16, bonus);
 707     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us);
 708
 709     return make_score(bonus * weight * weight / 22, 0);
 710   }
 711
 712
 713   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 714   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 715   // status of the players.
 716   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
 717
 718     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 719                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 720     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
 721
 722     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 723     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
 724
 725     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 726     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 727     // that the endgame score will never be divided by more than two.
 728     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
 729
 730     return make_score(0, value);
 731   }
 732
 733
 734   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 735   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
 736
 737     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 738     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
 739
 740     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 741     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 742     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
 743         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
 744     {
 745         if (pos.opposite_bishops())
 746         {
 747             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 748             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 749             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 750                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 751                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 752
 753             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 754             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 755             else
 756                 sf = ScaleFactor(46);
 757         }
 758         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 759         // pawns are drawish.
 760         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 761                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 762                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 763             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 764     }
 765
 766     return sf;
 767   }
 768
 769 } // namespace
 770
 771
 772 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
 773 /// of the position from the point of view of the side to move.
 774
 775 template<bool DoTrace>
 776 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 777
 778   assert(!pos.checkers());
 779
 780   EvalInfo ei;
 781   Score score, mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 782
 783   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 784   // the position object (material + piece square tables). Score is computed
 785   // internally from the white point of view.
 786   score = pos.psq_score();
 787
 788   // Probe the material hash table
 789   ei.me = Material::probe(pos);
 790   score += ei.me->imbalance();
 791
 792   // If we have a specialized evaluation function for the current material
 793   // configuration, call it and return.
 794   if (ei.me->specialized_eval_exists())
 795       return ei.me->evaluate(pos);
 796
 797   // Probe the pawn hash table
 798   ei.pi = Pawns::probe(pos);
 799   score += ei.pi->pawns_score();
 800
 801   // Initialize attack and king safety bitboards
 802   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] = 0;
 803   ei.attackedBy[WHITE][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(WHITE));
 804   ei.attackedBy[BLACK][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(BLACK));
 805   eval_init<WHITE>(pos, ei);
 806   eval_init<BLACK>(pos, ei);
 807
 808   // Pawns blocked or on ranks 2 and 3 will be excluded from the mobility area
 809   Bitboard blockedPawns[] = {
 810     pos.pieces(WHITE, PAWN) & (shift_bb<DELTA_S>(pos.pieces()) | Rank2BB | Rank3BB),
 811     pos.pieces(BLACK, PAWN) & (shift_bb<DELTA_N>(pos.pieces()) | Rank7BB | Rank6BB)
 812   };
 813
 814   // Do not include in mobility area squares protected by enemy pawns, or occupied
 815   // by our blocked pawns or king.
 816   Bitboard mobilityArea[] = {
 817     ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | blockedPawns[WHITE] | pos.square<KING>(WHITE)),
 818     ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | blockedPawns[BLACK] | pos.square<KING>(BLACK))
 819   };
 820
 821   // Evaluate all pieces but king and pawns
 822   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
 823   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 824
 825   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
 826   // information when computing the king safety evaluation.
 827   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 828           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 829
 830   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
 831   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 832           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 833
 834   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
 835   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
 836           - evaluate_passed_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
 837
 838   // If both sides have only pawns, score for potential unstoppable pawns
 839   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) && !pos.non_pawn_material(BLACK))
 840   {
 841       Bitboard b;
 842       if ((b = ei.pi->passed_pawns(WHITE)) != 0)
 843           score += Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(WHITE, b)));
 844
 845       if ((b = ei.pi->passed_pawns(BLACK)) != 0)
 846           score -= Unstoppable * int(relative_rank(BLACK, frontmost_sq(BLACK, b)));
 847   }
 848
 849   // Evaluate space for both sides, only during opening
 850   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
 851       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 852               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
 853
 854   // Evaluate position potential for the winning side
 855   score += evaluate_initiative(pos, ei.pi->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
 856
 857   // Evaluate scale factor for the winning side
 858   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
 859
 860   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 861   Value v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
 862            + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 863
 864   v /= int(PHASE_MIDGAME);
 865
 866   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 867   if (DoTrace)
 868   {
 869       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 870       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
 871       Trace::add(PAWN, ei.pi->pawns_score());
 872       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 873       Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
 874                       , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
 875       Trace::add(TOTAL, score);
 876   }
 877
 878   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 879 }
 880
 881 // Explicit template instantiations
 882 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
 883 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
 884
 885
 886 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 887 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 888 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 889
 890 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 891
 892   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 893
 894   Value v = evaluate<true>(pos);
 895   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 896
 897   std::stringstream ss;
 898   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 899      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 900      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 901      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 902      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 903      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 904      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 905      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 906      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
 907      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 908      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 909      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 910      << "    King safety | " << Term(KING)
 911      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 912      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 913      << "          Space | " << Term(SPACE)
 914      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 915      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 916
 917   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 918
 919   return ss.str();
 920 }
 921
 922
 923 /// init() computes evaluation weights, usually at startup
 924
 925 void Eval::init() {
 926
 927   const int MaxSlope = 322;
 928   const int Peak = 47410;
 929   int t = 0;
 930
 931   for (int i = 0; i < 400; ++i)
 932   {
 933       t = std::min(Peak, std::min(i * i - 16, t + MaxSlope));
 934       KingDanger[i] = make_score(t * 268 / 7700, 0);
 935   }
 936 }