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 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  = 772;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1084;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 645;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 792;
  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,-31), S( -4,-16), S(  3,  5), S( 13, 11), // Knight
  95       S( 22, 17), S( 28, 20), S( 33, 25) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishop
  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(-60,-78), S(-20,-17), S(  2, 23), S(  3, 39), S(  3, 70), S( 11, 99), // Rook
 100       S( 22,103), S( 31,121), S( 40,134), S( 40,139), S( 41,158), S( 48,164),
 101       S( 57,168), S( 57,169), S( 62,172) },
 102     { S(-30,-48), S(-12,-30), S( -8, -7), S( -9, 19), S( 20, 40), S( 23, 55), // Queen
 103       S( 23, 59), S( 35, 75), S( 38, 78), S( 53, 96), S( 64, 96), S( 65,100),
 104       S( 65,121), S( 66,127), S( 67,131), S( 67,133), S( 72,136), S( 72,141),
 105       S( 77,147), S( 79,150), S( 93,151), S(108,168), S(108,168), S(108,171),
 106       S(110,182), S(114,182), S(114,192), S(116,219) }
 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(19, 7), S(48, 29) };
 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(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 46), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 38), S(58, 41)
 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 BishopOnKingRing    = S( 24,  0);
 132   constexpr Score BishopXRayPawns     = S(  4,  5);
 133   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
 134   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
 135   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
 136   constexpr Score BishopKingProtector = S(  6,  9);
 137   constexpr Score KnightKingProtector = S(  8,  9);
 138   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
 139   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
 140   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
 141   constexpr Score KnightOutpost       = S( 56, 36);
 142   constexpr Score BishopOutpost       = S( 30, 23);
 143   constexpr Score ReachableOutpost    = S( 31, 22);
 144   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
 145   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
 146   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
 147   constexpr Score RookOnKingRing      = S( 16,  0);
 148   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  5,  9);
 149   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 59, 18);
 150   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
 151   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
 152   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
 153   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
 154   constexpr Score WeakQueen           = S( 51, 14);
 155   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 15,  0);
 156
 157 #undef S
 158
 159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 160   template<Tracing T>
 161   class Evaluation {
 162
 163   public:
 164     Evaluation() = delete;
 165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 167     Value value();
 168
 169   private:
 170     template<Color Us> void initialize();
 171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 172     template<Color Us> Score king() const;
 173     template<Color Us> Score threats() const;
 174     template<Color Us> Score passed() const;
 175     template<Color Us> Score space() const;
 176     Value winnable(Score score) const;
 177
 178     const Position& pos;
 179     Material::Entry* me;
 180     Pawns::Entry* pe;
 181     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 182     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 183
 184     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 185     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 186     // is also calculated is ALL_PIECES.
 187     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 188
 189     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 190     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 191     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 192
 193     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 194     // very near squares, depending on king position.
 195     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 196
 197     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 198     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 199     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 200
 201     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 202     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 203     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 204     // the KingAttackWeights array.
 205     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 206
 207     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 208     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 209     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 210     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 211     // to kingAttacksCount[WHITE].
 212     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 213   };
 214
 215
 216   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 217   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 218   template<Tracing T> template<Color Us>
 219   void Evaluation<T>::initialize() {
 220
 221     constexpr Color     Them = ~Us;
 222     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 223     constexpr Direction Down = -Up;
 224     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 225
 226     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 227
 228     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 229
 230     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 231     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 232
 233     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 234     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 235     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 236
 237     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 238     attackedBy[Us][KING] = attacks_bb<KING>(ksq);
 239     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 240     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 241     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 242
 243     // Init our king safety tables
 244     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 245                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 246     kingRing[Us] = attacks_bb<KING>(s) | s;
 247
 248     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 249     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 250
 251     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 252     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 253   }
 254
 255
 256   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 257   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 258   Score Evaluation<T>::pieces() {
 259
 260     constexpr Color     Them = ~Us;
 261     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 262     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 263                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 264     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 265
 266     Bitboard b, bb;
 267     Score score = SCORE_ZERO;
 268
 269     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 270
 271     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 272     {
 273         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 274         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 275           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 276                          : attacks_bb<Pt>(s, pos.pieces());
 277
 278         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 279             b &= line_bb(pos.square<KING>(Us), s);
 280
 281         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 282         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 283         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 284
 285         if (b & kingRing[Them])
 286         {
 287             kingAttackersCount[Us]++;
 288             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 289             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 290         }
 291
 292         else if (Pt == ROOK && (file_bb(s) & kingRing[Them]))
 293             score += RookOnKingRing;
 294
 295         else if (Pt == BISHOP && (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & kingRing[Them]))
 296             score += BishopOnKingRing;
 297
 298         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 299
 300         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 301
 302         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 303         {
 304             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 305             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 306             if (bb & s)
 307                 score += (Pt == KNIGHT) ? KnightOutpost : BishopOutpost;
 308             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 309                 score += ReachableOutpost;
 310
 311             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
 312             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 313                 score += MinorBehindPawn;
 314
 315             // Penalty if the piece is far from the king
 316             score -= (Pt == KNIGHT ? KnightKingProtector
 317                                    : BishopKingProtector) * distance(pos.square<KING>(Us), s);
 318
 319             if (Pt == BISHOP)
 320             {
 321                 // Penalty according to the number of our pawns on the same color square as the
 322                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
 323                 // when the bishop is outside the pawn chain.
 324                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 325
 326                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 327                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
 328
 329                 // Penalty for all enemy pawns x-rayed
 330                 score -= BishopXRayPawns * popcount(attacks_bb<BISHOP>(s) & pos.pieces(Them, PAWN));
 331
 332                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 333                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 334                     score += LongDiagonalBishop;
 335
 336                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
 337                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 338                 // when that pawn is also blocked.
 339                 if (   pos.is_chess960()
 340                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 341                 {
 342                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 343                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 344                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 345                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 346                                                                                   : CorneredBishop;
 347                 }
 348             }
 349         }
 350
 351         if (Pt == ROOK)
 352         {
 353             // Bonus for rook on the same file as a queen
 354             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 355                 score += RookOnQueenFile;
 356
 357             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 358             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 359                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 360
 361             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 362             else if (mob <= 3)
 363             {
 364                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 365                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 366                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 367             }
 368         }
 369
 370         if (Pt == QUEEN)
 371         {
 372             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 373             Bitboard queenPinners;
 374             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 375                 score -= WeakQueen;
 376         }
 377     }
 378     if (T)
 379         Trace::add(Pt, Us, score);
 380
 381     return score;
 382   }
 383
 384
 385   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 386   template<Tracing T> template<Color Us>
 387   Score Evaluation<T>::king() const {
 388
 389     constexpr Color    Them = ~Us;
 390     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 391                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 392
 393     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 394     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 395     int kingDanger = 0;
 396     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 397
 398     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 399     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 400
 401     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 402     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 403           & ~attackedBy2[Us]
 404           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 405
 406     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 407     safe  = ~pos.pieces(Them);
 408     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 409
 410     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 411     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 412
 413     // Enemy rooks checks
 414     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 415     if (rookChecks)
 416         kingDanger += more_than_one(rookChecks) ? RookSafeCheck * 175/100
 417                                                 : RookSafeCheck;
 418     else
 419         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 420
 421     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 422     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 423     queenChecks =  (b1 | b2)
 424                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 425                  & safe
 426                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 427                  & ~rookChecks;
 428     if (queenChecks)
 429         kingDanger += more_than_one(queenChecks) ? QueenSafeCheck * 145/100
 430                                                  : QueenSafeCheck;
 431
 432     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 433     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 434     bishopChecks =  b2
 435                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 436                   & safe
 437                   & ~queenChecks;
 438     if (bishopChecks)
 439         kingDanger += more_than_one(bishopChecks) ? BishopSafeCheck * 3/2
 440                                                   : BishopSafeCheck;
 441     else
 442         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 443
 444     // Enemy knights checks
 445     knightChecks = attacks_bb<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 446     if (knightChecks & safe)
 447         kingDanger += more_than_one(knightChecks & safe) ? KnightSafeCheck * 162/100
 448                                                          : KnightSafeCheck;
 449     else
 450         unsafeChecks |= knightChecks;
 451
 452     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 453     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 454     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 455     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 456     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 457
 458     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
 459     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 460
 461     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 462                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 463                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 464                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 465                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 466                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 467                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 468                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 469                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 470                  -   6 * mg_value(score) / 8
 471                  -   4 * kingFlankDefense
 472                  +  37;
 473
 474     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 475     if (kingDanger > 100)
 476         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 477
 478     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 479     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 480         score -= PawnlessFlank;
 481
 482     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 483     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 484
 485     if (T)
 486         Trace::add(KING, Us, score);
 487
 488     return score;
 489   }
 490
 491
 492   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 493   // attacking and the attacked pieces.
 494   template<Tracing T> template<Color Us>
 495   Score Evaluation<T>::threats() const {
 496
 497     constexpr Color     Them     = ~Us;
 498     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 499     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 500
 501     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 502     Score score = SCORE_ZERO;
 503
 504     // Non-pawn enemies
 505     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 506
 507     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 508     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 509     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 510                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 511
 512     // Non-pawn enemies, strongly protected
 513     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 514
 515     // Enemies not strongly protected and under our attack
 516     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 517
 518     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 519     if (defended | weak)
 520     {
 521         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 522         while (b)
 523             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 524
 525         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 526         while (b)
 527             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 528
 529         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 530             score += ThreatByKing;
 531
 532         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 533            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 534         score += Hanging * popcount(weak & b);
 535
 536         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
 537         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
 538     }
 539
 540     // Bonus for restricting their piece moves
 541     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 542        & ~stronglyProtected
 543        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 544     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 545
 546     // Protected or unattacked squares
 547     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 548
 549     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 550     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 551     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 552     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 553
 554     // Find squares where our pawns can push on the next move
 555     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 556     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 557
 558     // Keep only the squares which are relatively safe
 559     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 560
 561     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 562     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 563     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 564
 565     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 566     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 567     {
 568         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 569         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 570
 571         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & attacks_bb<KNIGHT>(s);
 572
 573         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 574
 575         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces()))
 576            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attacks_bb<ROOK  >(s, pos.pieces()));
 577
 578         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 579     }
 580
 581     if (T)
 582         Trace::add(THREAT, Us, score);
 583
 584     return score;
 585   }
 586
 587   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 588   // pawns of the given color.
 589
 590   template<Tracing T> template<Color Us>
 591   Score Evaluation<T>::passed() const {
 592
 593     constexpr Color     Them = ~Us;
 594     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 595     constexpr Direction Down = -Up;
 596
 597     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 598       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 599     };
 600
 601     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, blockedPassers, helpers;
 602     Score score = SCORE_ZERO;
 603
 604     b = pe->passed_pawns(Us);
 605
 606     blockedPassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
 607     if (blockedPassers)
 608     {
 609         helpers =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
 610                  & ~pos.pieces(Them)
 611                  & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 612
 613         // Remove blocked candidate passers that don't have help to pass
 614         b &=  ~blockedPassers
 615             | shift<WEST>(helpers)
 616             | shift<EAST>(helpers);
 617     }
 618
 619     while (b)
 620     {
 621         Square s = pop_lsb(&b);
 622
 623         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 624
 625         int r = relative_rank(Us, s);
 626
 627         Score bonus = PassedRank[r];
 628
 629         if (r > RANK_3)
 630         {
 631             int w = 5 * r - 13;
 632             Square blockSq = s + Up;
 633
 634             // Adjust bonus based on the king's proximity
 635             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 636                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 637
 638             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 639             if (r != RANK_7)
 640                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 641
 642             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 643             if (pos.empty(blockSq))
 644             {
 645                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 646                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 647
 648                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 649
 650                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 651                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 652
 653                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 654                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 655                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 656                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 657                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 658                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 659                                                              0 ;
 660
 661                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 662                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 663                     k += 5;
 664
 665                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 666             }
 667         } // r > RANK_3
 668
 669         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
 670     }
 671
 672     if (T)
 673         Trace::add(PASSED, Us, score);
 674
 675     return score;
 676   }
 677
 678
 679   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 680   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 681   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 682   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 683   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 684   // improve play on game opening.
 685
 686   template<Tracing T> template<Color Us>
 687   Score Evaluation<T>::space() const {
 688
 689     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 690         return SCORE_ZERO;
 691
 692     constexpr Color Them     = ~Us;
 693     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 694     constexpr Bitboard SpaceMask =
 695       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 696                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 697
 698     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 699     Bitboard safe =   SpaceMask
 700                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 701                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 702
 703     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 704     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 705     behind |= shift<Down>(behind);
 706     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 707
 708     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 709     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
 710     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 711
 712     if (T)
 713         Trace::add(SPACE, Us, score);
 714
 715     return score;
 716   }
 717
 718
 719   // Evaluation::winnable() adjusts the mg and eg score components based on the
 720   // known attacking/defending status of the players.
 721   // A single value is derived from the mg and eg values and returned.
 722
 723   template<Tracing T>
 724   Value Evaluation<T>::winnable(Score score) const {
 725
 726     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 727                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 728
 729     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 730                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 731
 732     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
 733                            && !pawnsOnBothFlanks;
 734
 735     bool infiltration = rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
 736                      || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
 737
 738     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 739     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 740                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 741                     +  9 * outflanking
 742                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 743                     + 24 * infiltration
 744                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 745                     - 43 * almostUnwinnable
 746                     -110 ;
 747
 748     Value mg = mg_value(score);
 749     Value eg = eg_value(score);
 750
 751     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 752     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 753     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 754     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * Utility::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
 755     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 756
 757     mg += u;
 758     eg += v;
 759
 760     // Compute the scale factor for the winning side
 761
 762     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 763     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 764
 765     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 766     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 767     {
 768         if (pos.opposite_bishops())
 769         {
 770             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 771                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 772                 sf = 18 + 4 * popcount(pe->passed_pawns(strongSide));
 773             else
 774                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
 775         }
 776         else
 777             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 778     }
 779
 780     // Interpolate between the middlegame and (scaled by 'sf') endgame score
 781     v =  mg * int(me->game_phase())
 782        + eg * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 783     v /= PHASE_MIDGAME;
 784
 785     if (T)
 786     {
 787         Trace::add(WINNABLE, make_score(u, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL - eg_value(score)));
 788         Trace::add(TOTAL, make_score(mg, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL));
 789     }
 790
 791     return Value(v);
 792   }
 793
 794
 795   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 796   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 797   // of view of the side to move.
 798
 799   template<Tracing T>
 800   Value Evaluation<T>::value() {
 801
 802     assert(!pos.checkers());
 803
 804     // Probe the material hash table
 805     me = Material::probe(pos);
 806
 807     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 808     // configuration, call it and return.
 809     if (me->specialized_eval_exists())
 810         return me->evaluate(pos);
 811
 812     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 813     // the position object (material + piece square tables) and the material
 814     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 815     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 816
 817     // Probe the pawn hash table
 818     pe = Pawns::probe(pos);
 819     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 820
 821     // Early exit if score is high
 822     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 823     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 824        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 825
 826     // Main evaluation begins here
 827
 828     initialize<WHITE>();
 829     initialize<BLACK>();
 830
 831     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
 832     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified
 833     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 834             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 835             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 836             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 837
 838     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 839
 840     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
 841     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 842             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 843             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 844             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 845
 846     // Derive single value from mg and eg parts of score
 847     v = winnable(score);
 848
 849     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 850     if (T)
 851     {
 852         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 853         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 854         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 855         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 856     }
 857
 858     // Evaluation grain
 859     v = (v / 16) * 16;
 860
 861     // Side to move point of view
 862     v = (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo;
 863
 864     // Damp down the evaluation linearly when shuffling
 865     v = v * (100 - pos.rule50_count()) / 100;
 866
 867     return v;
 868   }
 869
 870 } // namespace
 871
 872
 873 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 874 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 875
 876 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 877   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 878 }
 879
 880
 881 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 882 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 883 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 884
 885 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 886
 887   if (pos.checkers())
 888       return "Total evaluation: none (in check)";
 889
 890   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 891
 892   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 893
 894   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 895
 896   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 897
 898   std::stringstream ss;
 899   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 900      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 901      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 902      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 903      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 904      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 905      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 906      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 907      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 908      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 909      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 910      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 911      << " King safety | " << Term(KING)
 912      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 913      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 914      << "       Space | " << Term(SPACE)
 915      << "    Winnable | " << Term(WINNABLE)
 916      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 917      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 918
 919   ss << "\nFinal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 920
 921   return ss.str();
 922 }