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) 2015-2020 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, WINNABLE, 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 == WINNABLE || 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 LazyThreshold1  = Value(1400);
  78   constexpr Value LazyThreshold2  = Value(1300);
  79   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  80
  81   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  82   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
  83
  84   // SafeCheck[PieceType][single/multiple] contains safe check bonus by piece type,
  85   // higher if multiple safe checks are possible for that piece type.
  86   constexpr int SafeCheck[][2] = {
  87       {}, {}, {792, 1283}, {645, 967}, {1084, 1897}, {772, 1119}
  88   };
  89
  90 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  91
  92   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  93   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  94   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  95     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-31), S( -4,-16), S(  3,  5), S( 13, 11), // Knight
  96       S( 22, 17), S( 28, 20), S( 33, 25) },
  97     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishop
  98       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  99       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 100     { S(-60,-78), S(-20,-17), S(  2, 23), S(  3, 39), S(  3, 70), S( 11, 99), // Rook
 101       S( 22,103), S( 31,121), S( 40,134), S( 40,139), S( 41,158), S( 48,164),
 102       S( 57,168), S( 57,169), S( 62,172) },
 103     { S(-30,-48), S(-12,-30), S( -8, -7), S( -9, 19), S( 20, 40), S( 23, 55), // Queen
 104       S( 23, 59), S( 35, 75), S( 38, 78), S( 53, 96), S( 64, 96), S( 65,100),
 105       S( 65,121), S( 66,127), S( 67,131), S( 67,133), S( 72,136), S( 72,141),
 106       S( 77,147), S( 79,150), S( 93,151), S(108,168), S(108,168), S(108,171),
 107       S(110,182), S(114,182), S(114,192), S(116,219) }
 108   };
 109
 110   // KingProtector[knight/bishop] contains penalty for each distance unit to own king
 111   constexpr Score KingProtector[] = { S(8, 9), S(6, 9) };
 112
 113   // Outpost[knight/bishop] contains bonuses for each knight or bishop occupying a
 114   // pawn protected square on rank 4 to 6 which is also safe from a pawn attack.
 115   constexpr Score Outpost[] = { S(56, 36), S(30, 23) };
 116
 117   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 118   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 119     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
 120   };
 121
 122   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 123   // no (friendly) pawn on the rook file.
 124   constexpr Score RookOnFile[] = { S(19, 7), S(48, 29) };
 125
 126   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 127   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 128   // pawn-defended are not considered.
 129   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 130     S(0, 0), S(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
 131   };
 132
 133   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 134     S(0, 0), S(3, 46), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 38), S(58, 41)
 135   };
 136
 137   // Assorted bonuses and penalties
 138   constexpr Score BadOutpost          = S( -7, 36);
 139   constexpr Score BishopOnKingRing    = S( 24,  0);
 140   constexpr Score BishopPawns         = S(  3,  7);
 141   constexpr Score BishopXRayPawns     = S(  4,  5);
 142   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
 143   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
 144   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
 145   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
 146   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
 147   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
 148   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
 149   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
 150   constexpr Score QueenInfiltration   = S( -2, 14);
 151   constexpr Score ReachableOutpost    = S( 31, 22);
 152   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
 153   constexpr Score RookOnKingRing      = S( 16,  0);
 154   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  6, 11);
 155   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 60, 18);
 156   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
 157   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
 158   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
 159   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
 160   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 14,  0);
 161   constexpr Score WeakQueen           = S( 56, 15);
 162
 163
 164 #undef S
 165
 166   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 167   template<Tracing T>
 168   class Evaluation {
 169
 170   public:
 171     Evaluation() = delete;
 172     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 173     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 174     Value value();
 175
 176   private:
 177     template<Color Us> void initialize();
 178     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 179     template<Color Us> Score king() const;
 180     template<Color Us> Score threats() const;
 181     template<Color Us> Score passed() const;
 182     template<Color Us> Score space() const;
 183     Value winnable(Score score) const;
 184
 185     const Position& pos;
 186     Material::Entry* me;
 187     Pawns::Entry* pe;
 188     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 189     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 190
 191     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 192     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 193     // is also calculated is ALL_PIECES.
 194     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 195
 196     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 197     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 198     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 199
 200     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 201     // very near squares, depending on king position.
 202     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 203
 204     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 205     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 206     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 207
 208     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 209     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 210     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 211     // the KingAttackWeights array.
 212     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 213
 214     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 215     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 216     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 217     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 218     // to kingAttacksCount[WHITE].
 219     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 220   };
 221
 222
 223   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 224   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 225
 226   template<Tracing T> template<Color Us>
 227   void Evaluation<T>::initialize() {
 228
 229     constexpr Color     Them = ~Us;
 230     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 231     constexpr Direction Down = -Up;
 232     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 233
 234     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 235
 236     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 237
 238     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 239     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 240
 241     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 242     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 243     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 244
 245     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 246     attackedBy[Us][KING] = attacks_bb<KING>(ksq);
 247     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 248     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 249     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 250
 251     // Init our king safety tables
 252     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 253                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 254     kingRing[Us] = attacks_bb<KING>(s) | s;
 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] &= ~dblAttackByPawn;
 261   }
 262
 263
 264   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 265
 266   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 267   Score Evaluation<T>::pieces() {
 268
 269     constexpr Color     Them = ~Us;
 270     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 271     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 272                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 273     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 274
 275     Bitboard b, bb;
 276     Score score = SCORE_ZERO;
 277
 278     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 279
 280     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 281     {
 282         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 283         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 285                          : attacks_bb<Pt>(s, pos.pieces());
 286
 287         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 288             b &= line_bb(pos.square<KING>(Us), s);
 289
 290         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 291         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 292         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 293
 294         if (b & kingRing[Them])
 295         {
 296             kingAttackersCount[Us]++;
 297             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 298             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 299         }
 300
 301         else if (Pt == ROOK && (file_bb(s) & kingRing[Them]))
 302             score += RookOnKingRing;
 303
 304         else if (Pt == BISHOP && (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & kingRing[Them]))
 305             score += BishopOnKingRing;
 306
 307         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 308
 309         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 310
 311         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 312         {
 313             // Bonus if the piece is on an outpost square or can reach one
 314             // Reduced bonus for knights (BadOutpost) if few relevant targets
 315             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 316             Bitboard targets = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 317
 318             if (   Pt == KNIGHT
 319                 && bb & s & ~CenterFiles // on a side outpost
 320                 && !(b & targets)        // no relevant attacks
 321                 && (!more_than_one(targets & (s & QueenSide ? QueenSide : KingSide))))
 322                 score += BadOutpost;
 323             else if (bb & s)
 324                 score += Outpost[Pt == BISHOP];
 325             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 326                 score += ReachableOutpost;
 327
 328             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
 329             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 330                 score += MinorBehindPawn;
 331
 332             // Penalty if the piece is far from the king
 333             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(pos.square<KING>(Us), s);
 334
 335             if (Pt == BISHOP)
 336             {
 337                 // Penalty according to the number of our pawns on the same color square as the
 338                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
 339                 // when the bishop is outside the pawn chain.
 340                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 341
 342                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 343                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
 344
 345                 // Penalty for all enemy pawns x-rayed
 346                 score -= BishopXRayPawns * popcount(attacks_bb<BISHOP>(s) & pos.pieces(Them, PAWN));
 347
 348                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 349                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 350                     score += LongDiagonalBishop;
 351
 352                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
 353                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 354                 // when that pawn is also blocked.
 355                 if (   pos.is_chess960()
 356                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 357                 {
 358                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 359                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 360                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 361                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 362                                                                                   : CorneredBishop;
 363                 }
 364             }
 365         }
 366
 367         if (Pt == ROOK)
 368         {
 369             // Bonus for rook on the same file as a queen
 370             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 371                 score += RookOnQueenFile;
 372
 373             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 374             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 375                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 376
 377             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 378             else if (mob <= 3)
 379             {
 380                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 381                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 382                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 383             }
 384         }
 385
 386         if (Pt == QUEEN)
 387         {
 388             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 389             Bitboard queenPinners;
 390             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 391                 score -= WeakQueen;
 392
 393             // Bonus for queen on weak square in enemy camp
 394             if (relative_rank(Us, s) > RANK_4 && (~pe->pawn_attacks_span(Them) & s))
 395                 score += QueenInfiltration;
 396         }
 397     }
 398     if (T)
 399         Trace::add(Pt, Us, score);
 400
 401     return score;
 402   }
 403
 404
 405   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 406
 407   template<Tracing T> template<Color Us>
 408   Score Evaluation<T>::king() const {
 409
 410     constexpr Color    Them = ~Us;
 411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 413
 414     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 415     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 416     int kingDanger = 0;
 417     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 418
 419     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 420     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 421
 422     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 423     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 424           & ~attackedBy2[Us]
 425           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 426
 427     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 428     safe  = ~pos.pieces(Them);
 429     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 430
 431     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 432     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 433
 434     // Enemy rooks checks
 435     rookChecks = b1 & attackedBy[Them][ROOK] & safe;
 436     if (rookChecks)
 437         kingDanger += SafeCheck[ROOK][more_than_one(rookChecks)];
 438     else
 439         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 440
 441     // Enemy queen safe checks: count them only if the checks are from squares from
 442     // which opponent cannot give a rook check, because rook checks are more valuable.
 443     queenChecks =  (b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe
 444                  & ~(attackedBy[Us][QUEEN] | rookChecks);
 445     if (queenChecks)
 446         kingDanger += SafeCheck[QUEEN][more_than_one(queenChecks)];
 447
 448     // Enemy bishops checks: count them only if they are from squares from which
 449     // opponent cannot give a queen check, because queen checks are more valuable.
 450     bishopChecks =  b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & safe
 451                   & ~queenChecks;
 452     if (bishopChecks)
 453         kingDanger += SafeCheck[BISHOP][more_than_one(bishopChecks)];
 454
 455     else
 456         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 457
 458     // Enemy knights checks
 459     knightChecks = attacks_bb<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 460     if (knightChecks & safe)
 461         kingDanger += SafeCheck[KNIGHT][more_than_one(knightChecks & safe)];
 462     else
 463         unsafeChecks |= knightChecks;
 464
 465     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 466     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 467     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 468     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 469     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 470
 471     int kingFlankAttack  = popcount(b1) + popcount(b2);
 472     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 473
 474     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 475                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 476                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 477                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 478                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 479                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 480                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 481                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 482                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 483                  -   6 * mg_value(score) / 8
 484                  -   4 * kingFlankDefense
 485                  +  37;
 486
 487     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 488     if (kingDanger > 100)
 489         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 490
 491     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 492     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 493         score -= PawnlessFlank;
 494
 495     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 496     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 497
 498     if (T)
 499         Trace::add(KING, Us, score);
 500
 501     return score;
 502   }
 503
 504
 505   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 506   // attacking and the attacked pieces.
 507
 508   template<Tracing T> template<Color Us>
 509   Score Evaluation<T>::threats() const {
 510
 511     constexpr Color     Them     = ~Us;
 512     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 513     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 514
 515     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 516     Score score = SCORE_ZERO;
 517
 518     // Non-pawn enemies
 519     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 520
 521     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 522     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 523     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 524                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 525
 526     // Non-pawn enemies, strongly protected
 527     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 528
 529     // Enemies not strongly protected and under our attack
 530     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 531
 532     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 533     if (defended | weak)
 534     {
 535         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 536         while (b)
 537             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 538
 539         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 540         while (b)
 541             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 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         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
 551         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
 552     }
 553
 554     // Bonus for restricting their piece moves
 555     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 556        & ~stronglyProtected
 557        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 558     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 559
 560     // Protected or unattacked squares
 561     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 562
 563     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 564     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 565     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 566     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 567
 568     // Find squares where our pawns can push on the next move
 569     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 570     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 571
 572     // Keep only the squares which are relatively safe
 573     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 574
 575     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 576     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 577     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 578
 579     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 580     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 581     {
 582         bool queenImbalance = pos.count<QUEEN>() == 1;
 583
 584         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 585         safe =   mobilityArea[Us]
 586               & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 587               & ~stronglyProtected;
 588
 589         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & attacks_bb<KNIGHT>(s);
 590
 591         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe) * (1 + queenImbalance);
 592
 593         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces()))
 594            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attacks_bb<ROOK  >(s, pos.pieces()));
 595
 596         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]) * (1 + queenImbalance);
 597     }
 598
 599     if (T)
 600         Trace::add(THREAT, Us, score);
 601
 602     return score;
 603   }
 604
 605   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 606   // pawns of the given color.
 607
 608   template<Tracing T> template<Color Us>
 609   Score Evaluation<T>::passed() const {
 610
 611     constexpr Color     Them = ~Us;
 612     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 613     constexpr Direction Down = -Up;
 614
 615     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 616       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 617     };
 618
 619     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, blockedPassers, helpers;
 620     Score score = SCORE_ZERO;
 621
 622     b = pe->passed_pawns(Us);
 623
 624     blockedPassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
 625     if (blockedPassers)
 626     {
 627         helpers =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
 628                  & ~pos.pieces(Them)
 629                  & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 630
 631         // Remove blocked candidate passers that don't have help to pass
 632         b &=  ~blockedPassers
 633             | shift<WEST>(helpers)
 634             | shift<EAST>(helpers);
 635     }
 636
 637     while (b)
 638     {
 639         Square s = pop_lsb(&b);
 640
 641         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 642
 643         int r = relative_rank(Us, s);
 644
 645         Score bonus = PassedRank[r];
 646
 647         if (r > RANK_3)
 648         {
 649             int w = 5 * r - 13;
 650             Square blockSq = s + Up;
 651
 652             // Adjust bonus based on the king's proximity
 653             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 654                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 655
 656             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 657             if (r != RANK_7)
 658                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 659
 660             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 661             if (pos.empty(blockSq))
 662             {
 663                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 664                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 665
 666                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 667
 668                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 669                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 670
 671                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 672                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 673                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 674                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 675                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 676                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 677                                                              0 ;
 678
 679                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 680                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 681                     k += 5;
 682
 683                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 684             }
 685         } // r > RANK_3
 686
 687         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
 688     }
 689
 690     if (T)
 691         Trace::add(PASSED, Us, score);
 692
 693     return score;
 694   }
 695
 696
 697   // Evaluation::space() computes a space evaluation for a given side, aiming to improve game
 698   // play in the opening. It is based on the number of safe squares on the 4 central files
 699   // on ranks 2 to 4. Completely safe squares behind a friendly pawn are counted twice.
 700   // Finally, the space bonus is multiplied by a weight which decreases according to occupancy.
 701
 702   template<Tracing T> template<Color Us>
 703   Score Evaluation<T>::space() const {
 704
 705     // Early exit if, for example, both queens or 6 minor pieces have been exchanged
 706     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 707         return SCORE_ZERO;
 708
 709     constexpr Color Them     = ~Us;
 710     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 711     constexpr Bitboard SpaceMask =
 712       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 713                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 714
 715     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 716     Bitboard safe =   SpaceMask
 717                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 718                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 719
 720     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 721     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 722     behind |= shift<Down>(behind);
 723     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 724
 725     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 726     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
 727     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 728
 729     if (T)
 730         Trace::add(SPACE, Us, score);
 731
 732     return score;
 733   }
 734
 735
 736   // Evaluation::winnable() adjusts the midgame and endgame score components, based on
 737   // the known attacking/defending status of the players. The final value is derived
 738   // by interpolation from the midgame and endgame values.
 739
 740   template<Tracing T>
 741   Value Evaluation<T>::winnable(Score score) const {
 742
 743     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 744                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 745
 746     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 747                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 748
 749     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
 750                            && !pawnsOnBothFlanks;
 751
 752     bool infiltration =   rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
 753                        || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
 754
 755     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 756     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 757                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 758                     +  9 * outflanking
 759                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 760                     + 24 * infiltration
 761                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 762                     - 43 * almostUnwinnable
 763                     -110 ;
 764
 765     Value mg = mg_value(score);
 766     Value eg = eg_value(score);
 767
 768     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 769     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 770     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 771     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * Utility::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
 772     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 773
 774     mg += u;
 775     eg += v;
 776
 777     // Compute the scale factor for the winning side
 778     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 779     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 780
 781     // If scale factor is not already specific, scale down via general heuristics
 782     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 783     {
 784         if (pos.opposite_bishops())
 785         {
 786             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 787                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 788                 sf = 18 + 4 * popcount(pe->passed_pawns(strongSide));
 789             else
 790                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
 791         }
 792         else if (  pos.non_pawn_material(WHITE) == RookValueMg
 793                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == RookValueMg
 794                 && pos.count<PAWN>(strongSide) - pos.count<PAWN>(~strongSide) <= 1
 795                 && bool(KingSide & pos.pieces(strongSide, PAWN)) != bool(QueenSide & pos.pieces(strongSide, PAWN))
 796                 && (attacks_bb<KING>(pos.square<KING>(~strongSide)) & pos.pieces(~strongSide, PAWN)))
 797             sf = 36;
 798         else if (pos.count<QUEEN>() == 1)
 799             sf = 37 + 3 * (pos.count<QUEEN>(WHITE) == 1 ? pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK)
 800                                                         : pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE));
 801         else
 802             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 803     }
 804
 805     // Interpolate between the middlegame and (scaled by 'sf') endgame score
 806     v =  mg * int(me->game_phase())
 807        + eg * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 808     v /= PHASE_MIDGAME;
 809
 810     if (T)
 811     {
 812         Trace::add(WINNABLE, make_score(u, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL - eg_value(score)));
 813         Trace::add(TOTAL, make_score(mg, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL));
 814     }
 815
 816     return Value(v);
 817   }
 818
 819
 820   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 821   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 822   // of view of the side to move.
 823
 824   template<Tracing T>
 825   Value Evaluation<T>::value() {
 826
 827     assert(!pos.checkers());
 828
 829     // Probe the material hash table
 830     me = Material::probe(pos);
 831
 832     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 833     // configuration, call it and return.
 834     if (me->specialized_eval_exists())
 835         return me->evaluate(pos);
 836
 837     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 838     // the position object (material + piece square tables) and the material
 839     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 840     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 841
 842     // Probe the pawn hash table
 843     pe = Pawns::probe(pos);
 844     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 845
 846     // Early exit if score is high
 847     auto lazy_skip = [&](Value lazyThreshold) {
 848         return abs(mg_value(score) + eg_value(score)) / 2 > lazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64;
 849     };
 850
 851     if (lazy_skip(LazyThreshold1))
 852         goto make_v;
 853
 854     // Main evaluation begins here
 855     initialize<WHITE>();
 856     initialize<BLACK>();
 857
 858     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
 859     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified.
 860     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 861             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 862             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 863             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 864
 865     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 866
 867     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
 868     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 869             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>();
 870
 871     if (lazy_skip(LazyThreshold2))
 872         goto make_v;
 873
 874     score +=  threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 875             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 876
 877 make_v:
 878     // Derive single value from mg and eg parts of score
 879     Value v = winnable(score);
 880
 881     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 882     if (T)
 883     {
 884         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 885         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 886         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 887         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 888     }
 889
 890     // Evaluation grain
 891     v = (v / 16) * 16;
 892
 893     // Side to move point of view
 894     v = (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo;
 895
 896     // Damp down the evaluation linearly when shuffling
 897     v = v * (100 - pos.rule50_count()) / 100;
 898
 899     return v;
 900   }
 901
 902 } // namespace
 903
 904
 905 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 906 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 907
 908 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 909   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 910 }
 911
 912
 913 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 914 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 915 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 916
 917 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 918
 919   if (pos.checkers())
 920       return "Total evaluation: none (in check)";
 921
 922   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 923
 924   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 925
 926   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 927
 928   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 929
 930   std::stringstream ss;
 931   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 932      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 933      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 934      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 935      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 936      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 937      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 938      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 939      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 940      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 941      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 942      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 943      << " King safety | " << Term(KING)
 944      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 945      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 946      << "       Space | " << Term(SPACE)
 947      << "    Winnable | " << Term(WINNABLE)
 948      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 949      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 950
 951   ss << "\nFinal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 952
 953   return ss.str();
 954 }