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, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(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( 18,  6);
 139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
 140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 142   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 143   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 144   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 145   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 146   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 147   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 148   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 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(Value eg) 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   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 218     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 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 or controlled by
 229     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 230     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | 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     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 240     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 241         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 242
 243     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 244         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 245
 246     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 247         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 248
 249     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 250     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 251
 252     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 253     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 254   }
 255
 256
 257   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 258   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 259   Score Evaluation<T>::pieces() {
 260
 261     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 262     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 263     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 264                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 265     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 266
 267     Bitboard b, bb;
 268     Score score = SCORE_ZERO;
 269
 270     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 271
 272     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 273     {
 274         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 275         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 276           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 277                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 278
 279         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 280             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 281
 282         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 283         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 284         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 285
 286         if (b & kingRing[Them])
 287         {
 288             kingAttackersCount[Us]++;
 289             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 290             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 291         }
 292
 293         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 294
 295         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 296
 297         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 298         {
 299             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 300             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 301             if (bb & s)
 302                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 4 : 2);
 303
 304             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 305                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 306
 307             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 308             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 309                 score += MinorBehindPawn;
 310
 311             // Penalty if the piece is far from the king
 312             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 313
 314             if (Pt == BISHOP)
 315             {
 316                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 317                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 318                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 319
 320                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 321                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 322
 323                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 324                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 325                     score += LongDiagonalBishop;
 326             }
 327
 328             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 329             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 330             // when that pawn is also blocked.
 331             if (   Pt == BISHOP
 332                 && pos.is_chess960()
 333                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 334             {
 335                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 336                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 337                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 338                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 339                                                                               : CorneredBishop;
 340             }
 341         }
 342
 343         if (Pt == ROOK)
 344         {
 345             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 346             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 347                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 348
 349             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 350             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 351                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
 352
 353             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 354             else if (mob <= 3)
 355             {
 356                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 357                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 358                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 359             }
 360         }
 361
 362         if (Pt == QUEEN)
 363         {
 364             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 365             Bitboard queenPinners;
 366             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 367                 score -= WeakQueen;
 368         }
 369     }
 370     if (T)
 371         Trace::add(Pt, Us, score);
 372
 373     return score;
 374   }
 375
 376
 377   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 378   template<Tracing T> template<Color Us>
 379   Score Evaluation<T>::king() const {
 380
 381     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 382     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 383                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 384
 385     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 386     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 387     int kingDanger = 0;
 388     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 389
 390     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 391     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 392
 393     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 394     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 395           & ~attackedBy2[Us]
 396           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 397
 398     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 399     safe  = ~pos.pieces(Them);
 400     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 401
 402     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 403     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 404
 405     // Enemy rooks checks
 406     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 407
 408     if (rookChecks)
 409         kingDanger += RookSafeCheck;
 410     else
 411         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 412
 413     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 414     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 415     queenChecks =  (b1 | b2)
 416                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 417                  & safe
 418                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 419                  & ~rookChecks;
 420
 421     if (queenChecks)
 422         kingDanger += QueenSafeCheck;
 423
 424     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 425     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 426     bishopChecks =  b2
 427                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 428                   & safe
 429                   & ~queenChecks;
 430
 431     if (bishopChecks)
 432         kingDanger += BishopSafeCheck;
 433     else
 434         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 435
 436     // Enemy knights checks
 437     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 438
 439     if (knightChecks & safe)
 440         kingDanger += KnightSafeCheck;
 441     else
 442         unsafeChecks |= knightChecks;
 443
 444     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 445     // which are attacked twice in that flank.
 446     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 447     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 448
 449     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 450
 451     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 452                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 453                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 454                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 455                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 456                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 457                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 458                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 459                  -   6 * mg_value(score) / 8
 460                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 461                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 462                  -   7;
 463
 464     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 465     if (kingDanger > 100)
 466         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 467
 468     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 469     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 470         score -= PawnlessFlank;
 471
 472     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 473     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 474
 475     if (T)
 476         Trace::add(KING, Us, score);
 477
 478     return score;
 479   }
 480
 481
 482   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 483   // attacking and the attacked pieces.
 484   template<Tracing T> template<Color Us>
 485   Score Evaluation<T>::threats() const {
 486
 487     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 488     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 489     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 490
 491     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 492     Score score = SCORE_ZERO;
 493
 494     // Non-pawn enemies
 495     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 496
 497     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 498     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 499     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 500                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 501
 502     // Non-pawn enemies, strongly protected
 503     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 504
 505     // Enemies not strongly protected and under our attack
 506     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 507
 508     // Safe or protected squares
 509     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 510
 511     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 512     if (defended | weak)
 513     {
 514         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 515         while (b)
 516         {
 517             Square s = pop_lsb(&b);
 518             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 519             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 520                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 521         }
 522
 523         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 524         while (b)
 525         {
 526             Square s = pop_lsb(&b);
 527             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 528             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 529                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 530         }
 531
 532         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 533             score += ThreatByKing;
 534
 535         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 536            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 537         score += Hanging * popcount(weak & b);
 538     }
 539
 540     // Bonus for restricting their piece moves
 541     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 542        & ~stronglyProtected
 543        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 544
 545     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 546
 547     // Find squares where our pawns can push on the next move
 548     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 549     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 550
 551     // Keep only the squares which are relatively safe
 552     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 553
 554     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 555     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 556     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 557
 558     // Our safe or protected pawns
 559     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 560
 561     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 562     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 563
 564     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 565     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 566     {
 567         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 568         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 569
 570         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 571
 572         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 573
 574         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 575            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 576
 577         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 578     }
 579
 580     if (T)
 581         Trace::add(THREAT, Us, score);
 582
 583     return score;
 584   }
 585
 586   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 587   // pawns of the given color.
 588
 589   template<Tracing T> template<Color Us>
 590   Score Evaluation<T>::passed() const {
 591
 592     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 593     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 594
 595     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 596       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 597     };
 598
 599     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
 600     Score score = SCORE_ZERO;
 601
 602     b = pe->passed_pawns(Us);
 603
 604     while (b)
 605     {
 606         Square s = pop_lsb(&b);
 607
 608         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 609
 610         int r = relative_rank(Us, s);
 611         File f = file_of(s);
 612
 613         Score bonus = PassedRank[r];
 614
 615         if (r > RANK_3)
 616         {
 617             int w = 5 * r - 13;
 618             Square blockSq = s + Up;
 619
 620             // Adjust bonus based on the king's proximity
 621             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 622                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 623
 624             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 625             if (r != RANK_7)
 626                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 627
 628             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 629             if (pos.empty(blockSq))
 630             {
 631                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 632                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 633
 634                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 635
 636                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 637                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 638
 639                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 640                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 641                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 642                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 643                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 644                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 645                                                              0 ;
 646
 647                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 648                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 649                     k += 5;
 650
 651                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 652             }
 653         } // r > RANK_3
 654
 655         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 656         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 657         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 658             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
 659             bonus = bonus / 2;
 660
 661         score += bonus - PassedFile * std::min(f, ~f);
 662     }
 663
 664     if (T)
 665         Trace::add(PASSED, Us, score);
 666
 667     return score;
 668   }
 669
 670
 671   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 672   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 673   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 674   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 675   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 676   // improve play on game opening.
 677
 678   template<Tracing T> template<Color Us>
 679   Score Evaluation<T>::space() const {
 680
 681     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 682         return SCORE_ZERO;
 683
 684     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 685     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 686     constexpr Bitboard SpaceMask =
 687       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 688                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 689
 690     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 691     Bitboard safe =   SpaceMask
 692                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 693                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 694
 695     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 696     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 697     behind |= shift<Down>(behind);
 698     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 699
 700     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 701     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 702     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 703
 704     if (T)
 705         Trace::add(SPACE, Us, score);
 706
 707     return score;
 708   }
 709
 710
 711   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 712   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 713   // known attacking/defending status of the players.
 714
 715   template<Tracing T>
 716   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 717
 718     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 719                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 720
 721     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 722                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 723
 724     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 725     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 726                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 727                     +  9 * outflanking
 728                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 729                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 730                     -103 ;
 731
 732     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 733     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 734     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 735     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 736
 737     if (T)
 738         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 739
 740     return make_score(0, v);
 741   }
 742
 743
 744   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 745
 746   template<Tracing T>
 747   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 748
 749     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 750     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 751
 752     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 753     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 754     {
 755         if (   pos.opposite_bishops()
 756             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 757             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 758         else
 759             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 760
 761     }
 762
 763     return ScaleFactor(sf);
 764   }
 765
 766
 767   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 768   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 769   // of view of the side to move.
 770
 771   template<Tracing T>
 772   Value Evaluation<T>::value() {
 773
 774     assert(!pos.checkers());
 775
 776     // Probe the material hash table
 777     me = Material::probe(pos);
 778
 779     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 780     // configuration, call it and return.
 781     if (me->specialized_eval_exists())
 782         return me->evaluate(pos);
 783
 784     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 785     // the position object (material + piece square tables) and the material
 786     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 787     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 788
 789     // Probe the pawn hash table
 790     pe = Pawns::probe(pos);
 791     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 792
 793     // Early exit if score is high
 794     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 795     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 796        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 797
 798     // Main evaluation begins here
 799
 800     initialize<WHITE>();
 801     initialize<BLACK>();
 802
 803     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 804     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 805             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 806             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 807             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 808
 809     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 810
 811     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 812             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 813             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 814             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 815
 816     score += initiative(eg_value(score));
 817
 818     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 819     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 820     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 821        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 822
 823     v /= PHASE_MIDGAME;
 824
 825     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 826     if (T)
 827     {
 828         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 829         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 830         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 831         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 832         Trace::add(TOTAL, score);
 833     }
 834
 835     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 836            + Eval::Tempo;
 837   }
 838
 839 } // namespace
 840
 841
 842 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 843 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 844
 845 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 846   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 847 }
 848
 849
 850 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 851 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 852 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 853
 854 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 855
 856   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 857
 858   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 859
 860   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 861
 862   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 863
 864   std::stringstream ss;
 865   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 866      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 867      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 868      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 869      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 870      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 871      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 872      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 873      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 874      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 875      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 876      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 877      << " King safety | " << Term(KING)
 878      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 879      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 880      << "       Space | " << Term(SPACE)
 881      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 882      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 883      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 884
 885   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 886
 887   return ss.str();
 888 }