Retire grain size code
[stockfish] / 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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <iomanip>
22 #include <sstream>
23 #include <algorithm>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   enum ExtendedPieceType { // Used for tracing
35     PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL
36   };
37
38   namespace Tracing {
39
40     Score scores[COLOR_NB][TOTAL + 1];
41     std::stringstream stream;
42
43     void add(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
44     void row(const char* name, int idx);
45     std::string do_trace(const Position& pos);
46   }
47
48   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
49   // by the evaluation functions.
50   struct EvalInfo {
51
52     // Pointers to material and pawn hash table entries
53     Material::Entry* mi;
54     Pawns::Entry* pi;
55
56     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
57     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
58     // contains all squares attacked by the given color.
59     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
60
61     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
62     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
63     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
64     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
65     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
66     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
67     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
68
69     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
70     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
71     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
72
73     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
74     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
75     // weights of the individual piece types are given by the variables
76     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
77     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
78     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
79
80     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
81     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
82     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
83     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
84     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
85     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
86
87     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
88   };
89
90   // Evaluation weights, initialized from UCI options
91   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
92   Score Weights[6];
93
94   typedef Value V;
95   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
96
97   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
98   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
99   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
100   // parameters at 100, which looks prettier.
101   //
102   // Values modified by Joona Kiiski
103   const Score WeightsInternal[] = {
104       S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
105   };
106
107   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
108   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
109   // friendly pieces.
110   const Score MobilityBonus[][32] = {
111      {}, {},
112      { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
113        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
114      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
115        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
116        S( 84, 79), S( 86, 81) },
117      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
118        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
119        S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
120      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
121        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
122        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
123        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
124        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
125   };
126
127   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
128   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
129   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
130   {
131   //  A     B     C     D     E     F     G     H
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
135     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
136     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
137     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
138   {
139     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
141     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
142     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
143     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
144     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
145   };
146
147   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
148   // type attacks which one.
149   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
150     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
151     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }, // Major
152   };
153
154   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
155   // type is attacked by an enemy pawn.
156   const Score ThreatenedByPawn[] = {
157     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
158   };
159
160   #undef S
161
162   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
163   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
164   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
165   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
166   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
167   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
168   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
169   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
170   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
171   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
172   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
173   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
174   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
175
176   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
177   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
178   // happen in Chess960 games.
179   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
180
181   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
182   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
183   // based on how many squares inside this area are safe and available for
184   // friendly minor pieces.
185   const Bitboard SpaceMask[] = {
186     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
187     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
188   };
189
190   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
191   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
192   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
193   // index to KingDanger[].
194   //
195   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
196   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
197
198   // Bonuses for enemy's safe checks
199   const int QueenContactCheck = 24;
200   const int RookContactCheck  = 16;
201   const int QueenCheck        = 12;
202   const int RookCheck         = 8;
203   const int BishopCheck       = 2;
204   const int KnightCheck       = 3;
205
206   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
207   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
208   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
209
210   // Function prototypes
211   template<bool Trace>
212   Value do_evaluate(const Position& pos);
213
214   template<Color Us>
215   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
216
217   template<Color Us, bool Trace>
218   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
219
220   template<Color Us, bool Trace>
221   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
222
223   template<Color Us, bool Trace>
224   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
225
226   template<Color Us, bool Trace>
227   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
228
229   template<Color Us>
230   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
231
232   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
233
234   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
235   Score apply_weight(Score v, Score w);
236   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
237   double to_cp(Value v);
238 }
239
240
241 namespace Eval {
242
243   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
244   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
245   /// between them based on the remaining material.
246
247   Value evaluate(const Position& pos) {
248     return do_evaluate<false>(pos);
249   }
250
251
252   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
253   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
254   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
255   /// debugging.
256   std::string trace(const Position& pos) {
257     return Tracing::do_trace(pos);
258   }
259
260
261   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
262   /// and setup king tables.
263
264   void init() {
265
266     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
267     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
268     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
269     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
270     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
271     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
272
273     const int MaxSlope = 30;
274     const int Peak = 1280;
275
276     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
277     {
278         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
279
280         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
281         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
282     }
283   }
284
285 } // namespace Eval
286
287
288 namespace {
289
290 template<bool Trace>
291 Value do_evaluate(const Position& pos) {
292
293   assert(!pos.checkers());
294
295   EvalInfo ei;
296   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
297   Thread* th = pos.this_thread();
298
299   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
300   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
301   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
302   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
303
304   // Probe the material hash table
305   ei.mi = Material::probe(pos, th->materialTable, th->endgames);
306   score += ei.mi->material_value();
307
308   // If we have a specialized evaluation function for the current material
309   // configuration, call it and return.
310   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
311       return ei.mi->evaluate(pos);
312
313   // Probe the pawn hash table
314   ei.pi = Pawns::probe(pos, th->pawnsTable);
315   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
316
317   // Initialize attack and king safety bitboards
318   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
319   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
320
321   // Evaluate pieces and mobility
322   score +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
323           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
324
325   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
326
327   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
328   // information when computing the king safety evaluation.
329   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
330           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
331
332   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
333   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
334           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
335
336   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
337   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
338           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
339
340   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
341   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
342       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
343               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
344
345   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
346   if (ei.mi->space_weight())
347   {
348       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
349       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
350   }
351
352   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
353   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
354                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
355
356   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
357   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
358   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
359       &&  pos.opposite_bishops()
360       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
361   {
362       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
363       // other pieces?
364       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
365           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
366       {
367           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
368           // certainly a draw or at least two pawns.
369           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
370           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
371       }
372       else
373           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
374           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
375            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
376   }
377
378   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
379
380   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
381   if (Trace)
382   {
383       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
384       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
385       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
386       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
387       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
388       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
389       Tracing::add(TOTAL, score);
390       Tracing::stream << "\nScaling: " << std::noshowpos
391                       << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
392                       << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
393                       << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
394                       << "Total evaluation: " << to_cp(v);
395   }
396
397   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
398 }
399
400
401   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
402   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
403
404   template<Color Us>
405   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
406
407     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
408     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
409
410     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
411
412     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
413     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
414
415     // Init king safety tables only if we are going to use them
416     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
417     {
418         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
419         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
420         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
421         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
422     }
423     else
424         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
425   }
426
427
428   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
429
430   template<PieceType Piece, Color Us>
431   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
432
433     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
434
435     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
436
437     // Initial bonus based on square
438     Value bonus = Outpost[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
439
440     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
441     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
442     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
443     {
444         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
445             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
446             bonus += bonus + bonus / 2;
447         else
448             bonus += bonus / 2;
449     }
450
451     return make_score(bonus, bonus);
452   }
453
454
455   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
456
457   template<PieceType Piece, Color Us, bool Trace>
458   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
459
460     Bitboard b;
461     Square s;
462     Score score = SCORE_ZERO;
463
464     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
465     const Square* pl = pos.list<Piece>(Us);
466
467     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
468
469     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
470     {
471         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
472         b = Piece == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
473           : Piece ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
474                             : pos.attacks_from<Piece>(s);
475
476         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
477             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
478
479         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
480
481         if (b & ei.kingRing[Them])
482         {
483             ei.kingAttackersCount[Us]++;
484             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
485             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
486             if (bb)
487                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
488         }
489
490         int mob = Piece != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
491                                  : popcount<Full >(b & mobilityArea);
492
493         mobility[Us] += MobilityBonus[Piece][mob];
494
495         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
496         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
497         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
498             score -= ThreatenedByPawn[Piece];
499
500         // Penalty for bishop with same coloured pawns
501         if (Piece == BISHOP)
502             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
503
504         // Penalty for knight when there are few enemy pawns
505         if (Piece == KNIGHT)
506             score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
507
508         if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
509         {
510             // Bishop and knight outposts squares
511             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
512                 score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
513
514             // Bishop or knight behind a pawn
515             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
516                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
517                 score += MinorBehindPawn;
518         }
519
520         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
521             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
522         {
523             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
524             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
525                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
526                 score += Piece == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
527
528             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
529             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
530             if (pawns)
531                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Piece == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
532         }
533
534         // Special extra evaluation for rooks
535         if (Piece == ROOK)
536         {
537             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
538             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
539                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
540
541             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
542                 continue;
543
544             Square ksq = pos.king_square(Us);
545
546             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
547             // king has lost its castling capability.
548             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
549                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
550                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
551                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
552         }
553
554         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
555         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
556         // when that pawn is also blocked.
557         if (   Piece == BISHOP
558             && pos.is_chess960()
559             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
560         {
561             const enum Piece P = make_piece(Us, PAWN);
562             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
563             if (pos.piece_on(s + d) == P)
564                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us)) ? TrappedBishopA1H1 * 4
565                         : pos.piece_on(s + d + d) == P     ? TrappedBishopA1H1 * 2
566                                                            : TrappedBishopA1H1;
567         }
568     }
569
570     if (Trace)
571         Tracing::scores[Us][Piece] = score;
572
573     return score;
574   }
575
576
577   // evaluate_pieces_of_color() assigns bonuses and penalties to all the
578   // pieces of a given color.
579
580   template<Color Us, bool Trace>
581   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
582
583     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
584
585     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
586     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
587
588     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
589                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
590                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
591                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
592
593     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
594     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
595                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
596                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
597     if (Trace)
598         Tracing::scores[Us][MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
599
600     return score;
601   }
602
603
604   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
605
606   template<Color Us, bool Trace>
607   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
608
609     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
610
611     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
612     int attackUnits;
613     const Square ksq = pos.king_square(Us);
614
615     // King shelter and enemy pawns storm
616     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
617
618     // Main king safety evaluation
619     if (ei.kingAttackersCount[Them])
620     {
621         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
622         // apart from the king itself
623         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
624                     & ei.attackedBy[Us][KING]
625                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
626                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
627                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
628
629         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
630         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
631         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
632         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
633         // the pawn shelter (current 'score' value).
634         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
635                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
636                      - mg_value(score) / 32;
637
638         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
639         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
640         // queen...
641         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
642         if (b)
643         {
644             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
645             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
646                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
647             if (b)
648                 attackUnits +=  QueenContactCheck
649                               * popcount<Max15>(b)
650                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
651         }
652
653         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
654         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
655         // rooks...
656         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
657
658         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
659         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
660
661         if (b)
662         {
663             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
664             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
665                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
666             if (b)
667                 attackUnits +=  RookContactCheck
668                               * popcount<Max15>(b)
669                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
670         }
671
672         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
673         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
674
675         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
676         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
677
678         // Enemy queen safe checks
679         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
680         if (b)
681             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
682
683         // Enemy rooks safe checks
684         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
685         if (b)
686             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
687
688         // Enemy bishops safe checks
689         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
690         if (b)
691             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
692
693         // Enemy knights safe checks
694         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
695         if (b)
696             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
697
698         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
699         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
700
701         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
702         // array and subtract the score from evaluation.
703         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
704     }
705
706     if (Trace)
707         Tracing::scores[Us][KING] = score;
708
709     return score;
710   }
711
712
713   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
714   // and the type of attacked one.
715
716   template<Color Us, bool Trace>
717   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
718
719     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
720
721     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
722     Score score = SCORE_ZERO;
723
724     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
725     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
726                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
727
728     if (undefendedMinors)
729         score += UndefendedMinor;
730
731     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
732     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
733                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
734                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
735
736     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
737     if (weakEnemies)
738     {
739         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
740         if (b)
741             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
742
743         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
744         if (b)
745             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
746     }
747
748     if (Trace)
749         Tracing::scores[Us][THREAT] = score;
750
751     return score;
752   }
753
754
755   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
756
757   template<Color Us, bool Trace>
758   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
759
760     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
761
762     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
763     Score score = SCORE_ZERO;
764
765     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
766
767     while (b)
768     {
769         Square s = pop_lsb(&b);
770
771         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
772
773         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
774         int rr = r * (r - 1);
775
776         // Base bonus based on rank
777         Value mbonus = Value(17 * rr);
778         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
779
780         if (rr)
781         {
782             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
783
784             // Adjust bonus based on the king's proximity
785             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
786                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
787
788             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
789             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
790                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
791
792             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
793             if (pos.empty(blockSq))
794             {
795                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
796
797                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
798                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
799                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
800                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
801                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
802                     unsafeSquares = squaresToQueen;
803                 else
804                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
805
806                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
807                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
808                     defendedSquares = squaresToQueen;
809                 else
810                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
811
812                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
813                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
814                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
815                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
816
817                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
818                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
819                 // square is defended.
820                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
821                     k += 6;
822
823                 else if (defendedSquares & blockSq)
824                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
825
826                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
827             }
828         } // rr != 0
829
830         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
831         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
832         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
833         if (supportingPawns & rank_bb(s))
834             ebonus += Value(r * 20);
835
836         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
837             ebonus += Value(r * 12);
838
839         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
840         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
841         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
842         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
843         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
844         // value if the other side has a rook or queen.
845         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
846         {
847             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
848                 ebonus += ebonus / 4;
849
850             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
851                 ebonus -= ebonus / 4;
852         }
853
854         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
855             ebonus += ebonus / 4;
856
857         score += make_score(mbonus, ebonus);
858
859     }
860
861     if (Trace)
862         Tracing::scores[Us][PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
863
864     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
865     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
866   }
867
868
869   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
870   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
871   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
872
873   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
874
875     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
876
877     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
878         return SCORE_ZERO;
879
880     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
881   }
882
883
884   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
885   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
886   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
887   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
888   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
889   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
890   template<Color Us>
891   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
892
893     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
894
895     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
896     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
897     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
898     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
899                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
900                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
901                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
902
903     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
904     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
905     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
906     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
907
908     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
909     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
910
911     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
912     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
913   }
914
915
916   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
917   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
918
919   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
920
921     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
922     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
923     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
924
925     int e = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
926     return Value((mg_value(v) * int(ph) + e * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
927   }
928
929   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
930   Score apply_weight(Score v, Score w) {
931     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
932                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
933   }
934
935   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
936   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
937
938   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
939
940     // Scale option value from 100 to 256
941     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
942     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
943
944     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
945   }
946
947
948   // Tracing functions definitions
949
950   double to_cp(Value v) { return double(v) / double(PawnValueMg); }
951
952   void Tracing::add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
953
954     scores[WHITE][idx] = wScore;
955     scores[BLACK][idx] = bScore;
956   }
957
958   void Tracing::row(const char* name, int idx) {
959
960     Score wScore = scores[WHITE][idx];
961     Score bScore = scores[BLACK][idx];
962
963     switch (idx) {
964     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
965         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
966                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
967                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
968         break;
969     default:
970         stream << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
971                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
972                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
973                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
974                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
975                << std::showpos
976                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
977                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
978     }
979   }
980
981   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
982
983     stream.str("");
984     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
985     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
986
987     do_evaluate<true>(pos);
988
989     std::string totals = stream.str();
990     stream.str("");
991
992     stream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
993                     <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
994                     <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
995
996     row("Material, PST, Tempo", PST);
997     row("Material imbalance", IMBALANCE);
998     row("Pawns", PAWN);
999     row("Knights", KNIGHT);
1000     row("Bishops", BISHOP);
1001     row("Rooks", ROOK);
1002     row("Queens", QUEEN);
1003     row("Mobility", MOBILITY);
1004     row("King safety", KING);
1005     row("Threats", THREAT);
1006     row("Passed pawns", PASSED);
1007     row("Space", SPACE);
1008
1009     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1010     row("Total", TOTAL);
1011     stream << totals;
1012
1013     return stream.str();
1014   }
1015 }