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

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  80
  81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  82     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide,    KingSide,  KingSide
  85   };
  86
  87   // Threshold for lazy and space evaluation
  88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  90
  91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  93
  94   // Penalties for enemy's safe checks
  95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  99
 100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 101
 102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
 105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 131
 132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 134   // pawn-defended are not considered.
 135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
 156
 157   // KingProtector[knight/bishop] contains a penalty according to distance from king
 158   constexpr Score KingProtector[] = { S(5, 6), S(6, 5) };
 159
 160   // Assorted bonuses and penalties
 161   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 162   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  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(  4,  0);
 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( 23, 76);
 175   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 176   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 177   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 178   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 179   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 180   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
 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             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 341             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 342                 score += MinorBehindPawn;
 343
 344             // Penalty if the piece is far from the king
 345             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 346
 347             if (Pt == BISHOP)
 348             {
 349                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 350                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 351                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 352
 353                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 354                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 355
 356                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 357                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 358                     score += LongDiagonalBishop;
 359             }
 360
 361             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 362             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 363             // when that pawn is also blocked.
 364             if (   Pt == BISHOP
 365                 && pos.is_chess960()
 366                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 367             {
 368                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 369                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 370                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 371                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 372                                                                               : CorneredBishop;
 373             }
 374         }
 375
 376         if (Pt == ROOK)
 377         {
 378             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 379             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 380                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 381
 382             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 383             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 384                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 385
 386             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 387             else if (mob <= 3)
 388             {
 389                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 390                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 391                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 392             }
 393         }
 394
 395         if (Pt == QUEEN)
 396         {
 397             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 398             Bitboard queenPinners;
 399             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 400                 score -= WeakQueen;
 401         }
 402     }
 403     if (T)
 404         Trace::add(Pt, Us, score);
 405
 406     return score;
 407   }
 408
 409
 410   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 411   template<Tracing T> template<Color Us>
 412   Score Evaluation<T>::king() const {
 413
 414     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 415     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 416                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 417
 418     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 419     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 420
 421     // King shelter and enemy pawns storm
 422     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 423
 424     // Main king safety evaluation
 425     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 426     {
 427         int kingDanger = 0;
 428         unsafeChecks = 0;
 429
 430         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 431         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 432               & ~attackedBy2[Us]
 433               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 434
 435         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 436         safe  = ~pos.pieces(Them);
 437         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 438
 439         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 440         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 441
 442         // Enemy queen safe checks
 443         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 444             kingDanger += QueenSafeCheck;
 445
 446         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 447         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 448
 449         // Enemy rooks checks
 450         if (b1 & safe)
 451             kingDanger += RookSafeCheck;
 452         else
 453             unsafeChecks |= b1;
 454
 455         // Enemy bishops checks
 456         if (b2 & safe)
 457             kingDanger += BishopSafeCheck;
 458         else
 459             unsafeChecks |= b2;
 460
 461         // Enemy knights checks
 462         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 463         if (b & safe)
 464             kingDanger += KnightSafeCheck;
 465         else
 466             unsafeChecks |= b;
 467
 468         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 469         // the square is in the attacker's mobility area.
 470         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 471
 472         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 473                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 474                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 475                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 476                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 477                      -   6 * mg_value(score) / 8
 478                      -   2 ;
 479
 480         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 481         if (kingDanger > 0)
 482         {
 483             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 484             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 485             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 486         }
 487     }
 488
 489     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
 490
 491     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 492     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
 493         score -= PawnlessFlank;
 494
 495     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 496     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 497     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
 498     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 499
 500     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
 501     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
 502
 503     if (T)
 504         Trace::add(KING, Us, score);
 505
 506     return score;
 507   }
 508
 509
 510   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 511   // attacking and the attacked pieces.
 512   template<Tracing T> template<Color Us>
 513   Score Evaluation<T>::threats() const {
 514
 515     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 516     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 517     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 518
 519     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
 520     Score score = SCORE_ZERO;
 521
 522     // Non-pawn enemies
 523     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 524
 525     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 526     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 527     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 528                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 529
 530     // Non-pawn enemies, strongly protected
 531     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 532
 533     // Enemies not strongly protected and under our attack
 534     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 535
 536     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 537     if (defended | weak)
 538     {
 539         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 540         while (b)
 541         {
 542             Square s = pop_lsb(&b);
 543             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 544             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 545                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 546         }
 547
 548         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 549         while (b)
 550         {
 551             Square s = pop_lsb(&b);
 552             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 553             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 554                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 555         }
 556
 557         // Bonus for king attacks on pawns or pieces which are not pawn-defended
 558         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 559             score += ThreatByKing;
 560
 561         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 562
 563         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked once or more and defended exactly once)
 564         b =  nonPawnEnemies
 565            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]
 566            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
 567         score += Overload * popcount(b);
 568     }
 569
 570     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 571     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 572         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 573
 574     // Our safe or protected pawns
 575     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
 576        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 577
 578     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 579     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 580
 581     // Find squares where our pawns can push on the next move
 582     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 583     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 584
 585     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 586     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 587         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 588
 589     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 590     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
 591        &  pos.pieces(Them)
 592        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 593
 594     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 595
 596     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 597     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 598     {
 599         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 600         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 601
 602         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 603
 604         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 605
 606         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 607            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 608
 609         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
 610     }
 611
 612     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
 613     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 614     score += Connectivity * popcount(b);
 615
 616     if (T)
 617         Trace::add(THREAT, Us, score);
 618
 619     return score;
 620   }
 621
 622   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 623   // pawns of the given color.
 624
 625   template<Tracing T> template<Color Us>
 626   Score Evaluation<T>::passed() const {
 627
 628     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 629     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 630
 631     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 632       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 633     };
 634
 635     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 636     Score score = SCORE_ZERO;
 637
 638     b = pe->passed_pawns(Us);
 639
 640     while (b)
 641     {
 642         Square s = pop_lsb(&b);
 643
 644         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 645
 646         bb = forward_file_bb(Us, s) & pos.pieces(Them);
 647         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 648
 649         int r = relative_rank(Us, s);
 650         int w = PassedDanger[r];
 651
 652         Score bonus = PassedRank[r];
 653
 654         if (w)
 655         {
 656             Square blockSq = s + Up;
 657
 658             // Adjust bonus based on the king's proximity
 659             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 660                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 661
 662             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 663             if (r != RANK_7)
 664                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 665
 666             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 667             if (pos.empty(blockSq))
 668             {
 669                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 670                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 671                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 672                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 673
 674                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 675
 676                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 677                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 678
 679                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 680                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 681
 682                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 683                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 684                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 685
 686                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 687                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 688                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 689                     k += 6;
 690
 691                 else if (defendedSquares & blockSq)
 692                     k += 4;
 693
 694                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 695             }
 696             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 697                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 698         } // w != 0
 699
 700         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 701         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 702         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 703             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 704             bonus = bonus / 2;
 705
 706         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 707     }
 708
 709     if (T)
 710         Trace::add(PASSED, Us, score);
 711
 712     return score;
 713   }
 714
 715
 716   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 717   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 718   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 719   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 720   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 721   // improve play on game opening.
 722
 723   template<Tracing T> template<Color Us>
 724   Score Evaluation<T>::space() const {
 725
 726     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 727     constexpr Bitboard SpaceMask =
 728       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 729                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 730
 731     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 732         return SCORE_ZERO;
 733
 734     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 735     Bitboard safe =   SpaceMask
 736                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 737                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 738
 739     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 740     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 741     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 742     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 743
 744     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 745     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 746
 747     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 748
 749     if (T)
 750         Trace::add(SPACE, Us, score);
 751
 752     return score;
 753   }
 754
 755
 756   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 757   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 758   // known attacking/defending status of the players.
 759
 760   template<Tracing T>
 761   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 762
 763     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 764                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 765
 766     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 767                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 768
 769     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 770     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 771                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 772                     + 12 * outflanking
 773                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 774                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 775                     -136 ;
 776
 777     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 778     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 779     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 780     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 781
 782     if (T)
 783         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 784
 785     return make_score(0, v);
 786   }
 787
 788
 789   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 790
 791   template<Tracing T>
 792   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 793
 794     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 795     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 796
 797     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 798     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 799     {
 800         if (   pos.opposite_bishops()
 801             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 802             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 803             sf = 31;
 804         else
 805             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 806     }
 807
 808     return ScaleFactor(sf);
 809   }
 810
 811
 812   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 813   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 814   // of view of the side to move.
 815
 816   template<Tracing T>
 817   Value Evaluation<T>::value() {
 818
 819     assert(!pos.checkers());
 820
 821     // Probe the material hash table
 822     me = Material::probe(pos);
 823
 824     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 825     // configuration, call it and return.
 826     if (me->specialized_eval_exists())
 827         return me->evaluate(pos);
 828
 829     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 830     // the position object (material + piece square tables) and the material
 831     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 832     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 833
 834     // Probe the pawn hash table
 835     pe = Pawns::probe(pos);
 836     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 837
 838     // Early exit if score is high
 839     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 840     if (abs(v) > LazyThreshold)
 841        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 842
 843     // Main evaluation begins here
 844
 845     initialize<WHITE>();
 846     initialize<BLACK>();
 847
 848     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 849     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 850             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 851             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 852             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 853
 854     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 855
 856     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 857             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 858             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 859             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 860
 861     score += initiative(eg_value(score));
 862
 863     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 864     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 865     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 866        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 867
 868     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 869
 870     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 871     if (T)
 872     {
 873         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 874         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 875         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 876         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 877         Trace::add(TOTAL, score);
 878     }
 879
 880     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 881            + Eval::Tempo;
 882   }
 883
 884 } // namespace
 885
 886
 887 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 888 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 889
 890 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 891   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 892 }
 893
 894
 895 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 896 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 897 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 898
 899 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 900
 901   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 902
 903   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 904
 905   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 906
 907   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 908
 909   std::stringstream ss;
 910   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 911      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 912      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 913      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 914      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 915      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 916      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 917      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 918      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 919      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 920      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 921      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 922      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 923      << " King safety | " << Term(KING)
 924      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 925      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 926      << "       Space | " << Term(SPACE)
 927      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 928      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 929
 930   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 931
 932   return ss.str();
 933 }