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) 2015-2019 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   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 127   };
 128
 129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 133   };
 134
 135   // Assorted bonuses and penalties
 136   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 137   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 138   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 139   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 140   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 141   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 142   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 143   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 144   constexpr Score Outpost            = S(  9,  3);
 145   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 146   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 147   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 148   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 149   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 150   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 151   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 152   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 153   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 154   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 155   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
 156
 157 #undef S
 158
 159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 160   template<Tracing T>
 161   class Evaluation {
 162
 163   public:
 164     Evaluation() = delete;
 165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 167     Value value();
 168
 169   private:
 170     template<Color Us> void initialize();
 171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 172     template<Color Us> Score king() const;
 173     template<Color Us> Score threats() const;
 174     template<Color Us> Score passed() const;
 175     template<Color Us> Score space() const;
 176     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 177     Score initiative(Value eg) const;
 178
 179     const Position& pos;
 180     Material::Entry* me;
 181     Pawns::Entry* pe;
 182     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 183     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 184
 185     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 186     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 187     // is also calculated is ALL_PIECES.
 188     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 189
 190     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 191     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 192     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 193     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 194
 195     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 196     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 197     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 198     // and h6.
 199     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 200
 201     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 202     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 203     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 204
 205     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 206     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 207     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 208     // the KingAttackWeights array.
 209     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 210
 211     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 212     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 213     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 214     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 215     // to kingAttacksCount[WHITE].
 216     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 217   };
 218
 219
 220   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 221   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 222   template<Tracing T> template<Color Us>
 223   void Evaluation<T>::initialize() {
 224
 225     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 226     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 227     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 228     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 229
 230     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 231
 232     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 233     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 234
 235     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 236     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 237     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 238
 239     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 240     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 241     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 242     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 243     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 244
 245     // Init our king safety tables
 246     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 247     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 248         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 249
 250     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 251         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 252
 253     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 254         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 255
 256     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 257     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 258
 259     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 260     kingRing[Us] &= ~pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 261   }
 262
 263
 264   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 265   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 266   Score Evaluation<T>::pieces() {
 267
 268     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 269     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 270     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 271                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 272     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 273
 274     Bitboard b, bb;
 275     Score score = SCORE_ZERO;
 276
 277     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 278
 279     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 280     {
 281         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 282         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 283           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 284                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 285
 286         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 287             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 288
 289         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 290         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 291         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 292
 293         if (b & kingRing[Them])
 294         {
 295             kingAttackersCount[Us]++;
 296             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 297             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 298         }
 299
 300         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 301
 302         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 303
 304         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 305         {
 306             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 307             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 308             if (bb & s)
 309                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2)
 310                                  * (1 + bool(attackedBy[Us][PAWN] & s));
 311
 312             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 313                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1)
 314                                  * (1 + bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb));
 315
 316             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 317             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 318                 score += MinorBehindPawn;
 319
 320             // Penalty if the piece is far from the king
 321             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 322
 323             if (Pt == BISHOP)
 324             {
 325                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 326                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 327                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 328
 329                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 330                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 331
 332                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 333                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 334                     score += LongDiagonalBishop;
 335             }
 336
 337             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 338             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 339             // when that pawn is also blocked.
 340             if (   Pt == BISHOP
 341                 && pos.is_chess960()
 342                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 343             {
 344                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 345                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 346                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 347                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 348                                                                               : CorneredBishop;
 349             }
 350         }
 351
 352         if (Pt == ROOK)
 353         {
 354             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 355             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 356                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 357
 358             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 359             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 360                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 361
 362             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 363             else if (mob <= 3)
 364             {
 365                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 366                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 367                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 368             }
 369         }
 370
 371         if (Pt == QUEEN)
 372         {
 373             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 374             Bitboard queenPinners;
 375             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 376                 score -= WeakQueen;
 377         }
 378     }
 379     if (T)
 380         Trace::add(Pt, Us, score);
 381
 382     return score;
 383   }
 384
 385
 386   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 387   template<Tracing T> template<Color Us>
 388   Score Evaluation<T>::king() const {
 389
 390     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 391     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 392                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 393
 394     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 395     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 396     int kingDanger = 0;
 397     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 398
 399     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 400     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 401
 402     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 403     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 404           & ~attackedBy2[Us]
 405           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 406
 407     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 408     safe  = ~pos.pieces(Them);
 409     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 410
 411     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 412     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 413
 414     // Enemy rooks checks
 415     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 416
 417     if (rookChecks)
 418         kingDanger += RookSafeCheck;
 419     else
 420         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 421
 422     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 423     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 424     queenChecks =  (b1 | b2)
 425                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 426                  & safe
 427                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 428                  & ~rookChecks;
 429
 430     if (queenChecks)
 431         kingDanger += QueenSafeCheck;
 432
 433     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 434     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 435     bishopChecks =  b2
 436                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 437                   & safe
 438                   & ~queenChecks;
 439
 440     if (bishopChecks)
 441         kingDanger += BishopSafeCheck;
 442     else
 443         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 444
 445     // Enemy knights checks
 446     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 447
 448     if (knightChecks & safe)
 449         kingDanger += KnightSafeCheck;
 450     else
 451         unsafeChecks |= knightChecks;
 452
 453     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 454     // the square is in the attacker's mobility area.
 455     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 456
 457     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 458     // which are attacked twice in that flank.
 459     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 460     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 461
 462     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 463
 464     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 465                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 466                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 467                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 468                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 469                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 470                  -   6 * mg_value(score) / 8
 471                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 472                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 473                  -   25;
 474
 475     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 476     if (kingDanger > 0)
 477         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 478
 479     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 480     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 481         score -= PawnlessFlank;
 482
 483     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 484     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 485
 486     if (T)
 487         Trace::add(KING, Us, score);
 488
 489     return score;
 490   }
 491
 492
 493   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 494   // attacking and the attacked pieces.
 495   template<Tracing T> template<Color Us>
 496   Score Evaluation<T>::threats() const {
 497
 498     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 499     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 500     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 501
 502     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 503     Score score = SCORE_ZERO;
 504
 505     // Non-pawn enemies
 506     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 507
 508     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 509     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 510     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 511                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 512
 513     // Non-pawn enemies, strongly protected
 514     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 515
 516     // Enemies not strongly protected and under our attack
 517     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 518
 519     // Safe or protected squares
 520     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 521
 522     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 523     if (defended | weak)
 524     {
 525         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 526         while (b)
 527         {
 528             Square s = pop_lsb(&b);
 529             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 530             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 531                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 532         }
 533
 534         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 535         while (b)
 536         {
 537             Square s = pop_lsb(&b);
 538             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 539             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 540                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 541         }
 542
 543         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 544             score += ThreatByKing;
 545
 546         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 547            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 548         score += Hanging * popcount(weak & b);
 549     }
 550
 551     // Bonus for restricting their piece moves
 552     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 553        & ~stronglyProtected
 554        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 555
 556     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 557
 558     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 559     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 560         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 561
 562     // Find squares where our pawns can push on the next move
 563     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 564     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 565
 566     // Keep only the squares which are relatively safe
 567     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 568
 569     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 570     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 571     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 572
 573     // Our safe or protected pawns
 574     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 575
 576     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 577     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 578
 579     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 580     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 581     {
 582         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 583         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 584
 585         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 586
 587         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 588
 589         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 590            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 591
 592         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 593     }
 594
 595     if (T)
 596         Trace::add(THREAT, Us, score);
 597
 598     return score;
 599   }
 600
 601   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 602   // pawns of the given color.
 603
 604   template<Tracing T> template<Color Us>
 605   Score Evaluation<T>::passed() const {
 606
 607     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 608     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 609
 610     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 611       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 612     };
 613
 614     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 615     Score score = SCORE_ZERO;
 616
 617     b = pe->passed_pawns(Us);
 618
 619     while (b)
 620     {
 621         Square s = pop_lsb(&b);
 622
 623         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 624
 625         int r = relative_rank(Us, s);
 626
 627         Score bonus = PassedRank[r];
 628
 629         if (r > RANK_3)
 630         {
 631             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 632             Square blockSq = s + Up;
 633
 634             // Adjust bonus based on the king's proximity
 635             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 636                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 637
 638             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 639             if (r != RANK_7)
 640                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 641
 642             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 643             if (pos.empty(blockSq))
 644             {
 645                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 646                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 647                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 648                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 649
 650                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 651
 652                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 653                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 654
 655                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 656                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 657
 658                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 659                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 660                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 661
 662                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 663                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 664                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 665                     k += 6;
 666
 667                 else if (defendedSquares & blockSq)
 668                     k += 4;
 669
 670                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 671             }
 672         } // rank > RANK_3
 673
 674         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 675         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 676         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 677             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 678             bonus = bonus / 2;
 679
 680         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 681     }
 682
 683     if (T)
 684         Trace::add(PASSED, Us, score);
 685
 686     return score;
 687   }
 688
 689
 690   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 691   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 692   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 693   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 694   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 695   // improve play on game opening.
 696
 697   template<Tracing T> template<Color Us>
 698   Score Evaluation<T>::space() const {
 699
 700     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 701         return SCORE_ZERO;
 702
 703     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 704     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 705     constexpr Bitboard SpaceMask =
 706       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 707                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 708
 709     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 710     Bitboard safe =   SpaceMask
 711                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 712                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 713
 714     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 715     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 716     behind |= shift<Down>(behind);
 717     behind |= shift<Down>(shift<Down>(behind));
 718
 719     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 720     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
 721                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
 722
 723     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 724
 725     if (T)
 726         Trace::add(SPACE, Us, score);
 727
 728     return score;
 729   }
 730
 731
 732   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 733   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 734   // known attacking/defending status of the players.
 735
 736   template<Tracing T>
 737   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 738
 739     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 740                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 741
 742     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 743                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 744
 745     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 746     int complexity =   9 * pe->pawn_asymmetry()
 747                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 748                     +  9 * outflanking
 749                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 750                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 751                     -121 ;
 752
 753     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 754     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 755     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 756     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 757
 758     if (T)
 759         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 760
 761     return make_score(0, v);
 762   }
 763
 764
 765   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 766
 767   template<Tracing T>
 768   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 769
 770     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 771     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 772
 773     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 774     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 775     {
 776         if (   pos.opposite_bishops()
 777             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 778             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 779             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 780         else
 781             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 782
 783     }
 784
 785     return ScaleFactor(sf);
 786   }
 787
 788
 789   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 790   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 791   // of view of the side to move.
 792
 793   template<Tracing T>
 794   Value Evaluation<T>::value() {
 795
 796     assert(!pos.checkers());
 797
 798     // Probe the material hash table
 799     me = Material::probe(pos);
 800
 801     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 802     // configuration, call it and return.
 803     if (me->specialized_eval_exists())
 804         return me->evaluate(pos);
 805
 806     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 807     // the position object (material + piece square tables) and the material
 808     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 809     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 810
 811     // Probe the pawn hash table
 812     pe = Pawns::probe(pos);
 813     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 814
 815     // Early exit if score is high
 816     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 817     if (abs(v) > LazyThreshold)
 818        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 819
 820     // Main evaluation begins here
 821
 822     initialize<WHITE>();
 823     initialize<BLACK>();
 824
 825     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 826     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 827             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 828             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 829             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 830
 831     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 832
 833     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 834             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 835             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 836             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 837
 838     score += initiative(eg_value(score));
 839
 840     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 841     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 842     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 843        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 844
 845     v /= PHASE_MIDGAME;
 846
 847     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 848     if (T)
 849     {
 850         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 851         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 852         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 853         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 854         Trace::add(TOTAL, score);
 855     }
 856
 857     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 858            + Eval::Tempo;
 859   }
 860
 861 } // namespace
 862
 863
 864 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 865 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 866
 867 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 868   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 869 }
 870
 871
 872 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 873 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 874 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 875
 876 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 877
 878   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 879
 880   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 881
 882   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 883
 884   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 885
 886   std::stringstream ss;
 887   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 888      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 889      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 890      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 891      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 892      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 893      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 894      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 895      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 896      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 897      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 898      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 899      << " King safety | " << Term(KING)
 900      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 901      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 902      << "       Space | " << Term(SPACE)
 903      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 904      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 905      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 906
 907   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 908
 909   return ss.str();
 910 }