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(1400);
  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, 81, 52, 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(21, 4), S(47, 25) };
 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(6, 32), S(59, 41), S(79, 56), S(90, 119), S(79, 161)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 44), 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(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
 127   };
 128
 129   // Assorted bonuses and penalties
 130   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 131   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 132   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 133   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 134   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 135   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 136   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 137   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 138   constexpr Score Outpost            = S( 30, 21);
 139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
 140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 142   constexpr Score ReachableOutpost   = S( 32, 10);
 143   constexpr Score RookOnQueenFile    = S(  7,  6);
 144   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 145   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 146   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 148   constexpr Score TrappedRook        = S( 52, 10);
 149   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 150
 151 #undef S
 152
 153   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 154   template<Tracing T>
 155   class Evaluation {
 156
 157   public:
 158     Evaluation() = delete;
 159     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 160     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 161     Value value();
 162
 163   private:
 164     template<Color Us> void initialize();
 165     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 166     template<Color Us> Score king() const;
 167     template<Color Us> Score threats() const;
 168     template<Color Us> Score passed() const;
 169     template<Color Us> Score space() const;
 170     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 171     Score initiative(Score score) const;
 172
 173     const Position& pos;
 174     Material::Entry* me;
 175     Pawns::Entry* pe;
 176     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 177     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 178
 179     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 180     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 181     // is also calculated is ALL_PIECES.
 182     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 183
 184     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 185     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 186     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 187
 188     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 189     // very near squares, depending on king position.
 190     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 191
 192     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 193     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 194     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 195
 196     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 197     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 198     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 199     // the KingAttackWeights array.
 200     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 201
 202     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 203     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 204     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 205     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 206     // to kingAttacksCount[WHITE].
 207     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 208   };
 209
 210
 211   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 212   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 213   template<Tracing T> template<Color Us>
 214   void Evaluation<T>::initialize() {
 215
 216     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 217     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 218     constexpr Direction Down = -Up;
 219     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 220
 221     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 222
 223     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 224
 225     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 226     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 227
 228     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 229     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 231
 232     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 233     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 234     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 235     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 236     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 237
 238     // Init our king safety tables
 239     Square s = make_square(clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 240                            clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 241     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
 242
 243     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 244     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 245
 246     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 247     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 248   }
 249
 250
 251   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 252   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 253   Score Evaluation<T>::pieces() {
 254
 255     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 256     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 257     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 258                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 259     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 260
 261     Bitboard b, bb;
 262     Score score = SCORE_ZERO;
 263
 264     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 265
 266     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 267     {
 268         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 269         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 270           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 271                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 272
 273         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 274             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 275
 276         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 277         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 278         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 279
 280         if (b & kingRing[Them])
 281         {
 282             kingAttackersCount[Us]++;
 283             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 284             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 285         }
 286
 287         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 288
 289         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 290
 291         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 292         {
 293             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 294             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 295             if (bb & s)
 296                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 297
 298             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 299                 score += ReachableOutpost;
 300
 301             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 302             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 303                 score += MinorBehindPawn;
 304
 305             // Penalty if the piece is far from the king
 306             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 307
 308             if (Pt == BISHOP)
 309             {
 310                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 311                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 312                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 313
 314                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 315                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 316
 317                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 318                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 319                     score += LongDiagonalBishop;
 320             }
 321
 322             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 323             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 324             // when that pawn is also blocked.
 325             if (   Pt == BISHOP
 326                 && pos.is_chess960()
 327                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 328             {
 329                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 330                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 331                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 332                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 333                                                                               : CorneredBishop;
 334             }
 335         }
 336
 337         if (Pt == ROOK)
 338         {
 339             // Bonus for rook on the same file as a queen
 340             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 341                 score += RookOnQueenFile;
 342
 343             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 344             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 345                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 346
 347             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 348             else if (mob <= 3)
 349             {
 350                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 351                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 352                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 353             }
 354         }
 355
 356         if (Pt == QUEEN)
 357         {
 358             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 359             Bitboard queenPinners;
 360             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 361                 score -= WeakQueen;
 362         }
 363     }
 364     if (T)
 365         Trace::add(Pt, Us, score);
 366
 367     return score;
 368   }
 369
 370
 371   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 372   template<Tracing T> template<Color Us>
 373   Score Evaluation<T>::king() const {
 374
 375     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 376     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 377                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 378
 379     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 380     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 381     int kingDanger = 0;
 382     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 383
 384     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 385     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 386
 387     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 388     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 389           & ~attackedBy2[Us]
 390           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 391
 392     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 393     safe  = ~pos.pieces(Them);
 394     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 395
 396     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 397     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 398
 399     // Enemy rooks checks
 400     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 401
 402     if (rookChecks)
 403         kingDanger += RookSafeCheck;
 404     else
 405         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 406
 407     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 408     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 409     queenChecks =  (b1 | b2)
 410                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 411                  & safe
 412                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 413                  & ~rookChecks;
 414
 415     if (queenChecks)
 416         kingDanger += QueenSafeCheck;
 417
 418     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 419     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 420     bishopChecks =  b2
 421                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 422                   & safe
 423                   & ~queenChecks;
 424
 425     if (bishopChecks)
 426         kingDanger += BishopSafeCheck;
 427     else
 428         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 429
 430     // Enemy knights checks
 431     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 432
 433     if (knightChecks & safe)
 434         kingDanger += KnightSafeCheck;
 435     else
 436         unsafeChecks |= knightChecks;
 437
 438     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 439     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 440     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 441     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 442     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 443
 444     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
 445     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 446
 447     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 448                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 449                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 450                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 451                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 452                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 453                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 454                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 455                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 456                  -   6 * mg_value(score) / 8
 457                  -   4 * kingFlankDefense
 458                  +  37;
 459
 460     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 461     if (kingDanger > 100)
 462         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 463
 464     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 465     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 466         score -= PawnlessFlank;
 467
 468     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 469     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 470
 471     if (T)
 472         Trace::add(KING, Us, score);
 473
 474     return score;
 475   }
 476
 477
 478   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 479   // attacking and the attacked pieces.
 480   template<Tracing T> template<Color Us>
 481   Score Evaluation<T>::threats() const {
 482
 483     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 484     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 485     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 486
 487     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 488     Score score = SCORE_ZERO;
 489
 490     // Non-pawn enemies
 491     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 492
 493     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 494     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 495     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 496                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 497
 498     // Non-pawn enemies, strongly protected
 499     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 500
 501     // Enemies not strongly protected and under our attack
 502     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 503
 504     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 505     if (defended | weak)
 506     {
 507         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 508         while (b)
 509             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 510
 511         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 512         while (b)
 513             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 514
 515         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 516             score += ThreatByKing;
 517
 518         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 519            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 520         score += Hanging * popcount(weak & b);
 521     }
 522
 523     // Bonus for restricting their piece moves
 524     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 525        & ~stronglyProtected
 526        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 527
 528     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 529
 530     // Protected or unattacked squares
 531     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 532
 533     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 534     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 535     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 536     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 537
 538     // Find squares where our pawns can push on the next move
 539     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 540     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 541
 542     // Keep only the squares which are relatively safe
 543     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 544
 545     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 546     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 547     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 548
 549     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 550     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 551     {
 552         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 553         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 554
 555         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 556
 557         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 558
 559         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 560            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 561
 562         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 563     }
 564
 565     if (T)
 566         Trace::add(THREAT, Us, score);
 567
 568     return score;
 569   }
 570
 571   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 572   // pawns of the given color.
 573
 574   template<Tracing T> template<Color Us>
 575   Score Evaluation<T>::passed() const {
 576
 577     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 578     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 579
 580     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 581       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 582     };
 583
 584     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
 585     Score score = SCORE_ZERO;
 586
 587     b = pe->passed_pawns(Us);
 588
 589     while (b)
 590     {
 591         Square s = pop_lsb(&b);
 592
 593         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 594
 595         int r = relative_rank(Us, s);
 596
 597         Score bonus = PassedRank[r];
 598
 599         if (r > RANK_3)
 600         {
 601             int w = 5 * r - 13;
 602             Square blockSq = s + Up;
 603
 604             // Adjust bonus based on the king's proximity
 605             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 606                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 607
 608             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 609             if (r != RANK_7)
 610                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 611
 612             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 613             if (pos.empty(blockSq))
 614             {
 615                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 616                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 617
 618                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 619
 620                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 621                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 622
 623                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 624                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 625                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 626                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 627                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 628                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 629                                                              0 ;
 630
 631                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 632                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 633                     k += 5;
 634
 635                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 636             }
 637         } // r > RANK_3
 638
 639         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 640         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 641         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 642             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
 643             bonus = bonus / 2;
 644
 645         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(file_of(s));
 646     }
 647
 648     if (T)
 649         Trace::add(PASSED, Us, score);
 650
 651     return score;
 652   }
 653
 654
 655   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 656   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 657   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 658   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 659   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 660   // improve play on game opening.
 661
 662   template<Tracing T> template<Color Us>
 663   Score Evaluation<T>::space() const {
 664
 665     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 666         return SCORE_ZERO;
 667
 668     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 669     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 670     constexpr Bitboard SpaceMask =
 671       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 672                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 673
 674     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 675     Bitboard safe =   SpaceMask
 676                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 677                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 678
 679     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 680     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 681     behind |= shift<Down>(behind);
 682     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 683
 684     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 685     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 686     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 687
 688     if (T)
 689         Trace::add(SPACE, Us, score);
 690
 691     return score;
 692   }
 693
 694
 695   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 696   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 697   // known attacking/defending status of the players.
 698
 699   template<Tracing T>
 700   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
 701
 702     Value mg = mg_value(score);
 703     Value eg = eg_value(score);
 704
 705     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 706                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 707
 708     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 709                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 710
 711     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
 712                            &&  outflanking < 0
 713                            && !pawnsOnBothFlanks;
 714
 715     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 716     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 717                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 718                     +  9 * outflanking
 719                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 720                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 721                     - 43 * almostUnwinnable
 722                     - 95 ;
 723
 724     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 725     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 726     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 727     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
 728     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 729
 730     if (T)
 731         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
 732
 733     return make_score(u, v);
 734   }
 735
 736
 737   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 738
 739   template<Tracing T>
 740   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 741
 742     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 743     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 744
 745     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 746     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 747     {
 748         if (   pos.opposite_bishops()
 749             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 750             sf = 22 ;
 751         else
 752             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
 753
 754         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
 755     }
 756
 757     return ScaleFactor(sf);
 758   }
 759
 760
 761   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 762   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 763   // of view of the side to move.
 764
 765   template<Tracing T>
 766   Value Evaluation<T>::value() {
 767
 768     assert(!pos.checkers());
 769
 770     // Probe the material hash table
 771     me = Material::probe(pos);
 772
 773     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 774     // configuration, call it and return.
 775     if (me->specialized_eval_exists())
 776         return me->evaluate(pos);
 777
 778     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 779     // the position object (material + piece square tables) and the material
 780     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 781     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 782
 783     // Probe the pawn hash table
 784     pe = Pawns::probe(pos);
 785     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 786
 787     // Early exit if score is high
 788     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 789     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 790        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 791
 792     // Main evaluation begins here
 793
 794     initialize<WHITE>();
 795     initialize<BLACK>();
 796
 797     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 798     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 799             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 800             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 801             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 802
 803     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 804
 805     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 806             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 807             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 808             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 809
 810     score += initiative(score);
 811
 812     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 813     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 814     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 815        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 816
 817     v /= PHASE_MIDGAME;
 818
 819     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 820     if (T)
 821     {
 822         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 823         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 824         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 825         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 826         Trace::add(TOTAL, score);
 827     }
 828
 829     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 830            + Eval::Tempo;
 831   }
 832
 833 } // namespace
 834
 835
 836 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 837 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 838
 839 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 840   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 841 }
 842
 843
 844 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 845 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 846 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 847
 848 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 849
 850   if (pos.checkers())
 851       return "Total evaluation: none (in check)";
 852
 853   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 854
 855   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 856
 857   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 858
 859   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 860
 861   std::stringstream ss;
 862   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 863      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 864      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 865      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 866      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 867      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 868      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 869      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 870      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 871      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 872      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 873      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 874      << " King safety | " << Term(KING)
 875      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 876      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 877      << "       Space | " << Term(SPACE)
 878      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 879      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 880      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 881
 882   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 883
 884   return ss.str();
 885 }