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