Retire KingExposed[] array
[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) 2008-2013 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 grain size, must be a power of 2
91   const int GrainSize = 4;
92
93   // Evaluation weights, initialized from UCI options
94   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
95   Score Weights[6];
96
97   typedef Value V;
98   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
99
100   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
101   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
102   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
103   // parameters at 100, which looks prettier.
104   //
105   // Values modified by Joona Kiiski
106   const Score WeightsInternal[] = {
107       S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
108   };
109
110   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
111   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
112   // friendly pieces.
113   const Score MobilityBonus[][32] = {
114      {}, {},
115      { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
116        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
117      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
118        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
119        S( 84, 79), S( 86, 81) },
120      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
121        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
122        S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
123      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
124        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
125        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
127        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
128   };
129
130   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
131   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
132   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
133   {
134   //  A     B     C     D     E     F     G     H
135     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
136     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
137     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
139     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
140     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
141   {
142     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
143     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
144     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
145     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
146     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
147     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
148   };
149
150   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
151   // type attacks which one.
152   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
153     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
154     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }, // Major
155   };
156
157   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
158   // type is attacked by an enemy pawn.
159   const Score ThreatenedByPawn[] = {
160     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
161   };
162
163   #undef S
164
165   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
166   const Score BishopPin        = make_score(66, 11);
167   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
168   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
169   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
170   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
171   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
172   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
173   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
174   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
175   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
176   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
177   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
178   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
179
180   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
181   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
182   // happen in Chess960 games.
183   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
184
185   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
186   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
187   // based on how many squares inside this area are safe and available for
188   // friendly minor pieces.
189   const Bitboard SpaceMask[] = {
190     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
191     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
192   };
193
194   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
195   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
196   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
197   // index to KingDanger[].
198   //
199   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
200   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
201
202   // Bonuses for enemy's safe checks
203   const int QueenContactCheck = 24;
204   const int RookContactCheck  = 16;
205   const int QueenCheck        = 12;
206   const int RookCheck         = 8;
207   const int BishopCheck       = 2;
208   const int KnightCheck       = 3;
209
210   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
211   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
212   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
213
214   // Function prototypes
215   template<bool Trace>
216   Value do_evaluate(const Position& pos);
217
218   template<Color Us>
219   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
220
221   template<Color Us, bool Trace>
222   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
223
224   template<Color Us, bool Trace>
225   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
226
227   template<Color Us, bool Trace>
228   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
229
230   template<Color Us, bool Trace>
231   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
232
233   template<Color Us>
234   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
235
236   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
237
238   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
239   Score apply_weight(Score v, Score w);
240   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
241   double to_cp(Value v);
242 }
243
244
245 namespace Eval {
246
247   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
248   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
249   /// between them based on the remaining material.
250
251   Value evaluate(const Position& pos) {
252     return do_evaluate<false>(pos);
253   }
254
255
256   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
257   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
258   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
259   /// debugging.
260   std::string trace(const Position& pos) {
261     return Tracing::do_trace(pos);
262   }
263
264
265   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
266   /// and setup king tables.
267
268   void init() {
269
270     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
271     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
272     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
273     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
274     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
275     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
276
277     const int MaxSlope = 30;
278     const int Peak = 1280;
279
280     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
281     {
282         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
283
284         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
285         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
286     }
287   }
288
289 } // namespace Eval
290
291
292 namespace {
293
294 template<bool Trace>
295 Value do_evaluate(const Position& pos) {
296
297   assert(!pos.checkers());
298
299   EvalInfo ei;
300   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
301   Thread* th = pos.this_thread();
302
303   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
304   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
305   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
306   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
307
308   // Probe the material hash table
309   ei.mi = Material::probe(pos, th->materialTable, th->endgames);
310   score += ei.mi->material_value();
311
312   // If we have a specialized evaluation function for the current material
313   // configuration, call it and return.
314   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
315       return ei.mi->evaluate(pos);
316
317   // Probe the pawn hash table
318   ei.pi = Pawns::probe(pos, th->pawnsTable);
319   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
320
321   // Initialize attack and king safety bitboards
322   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
323   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
324
325   // Evaluate pieces and mobility
326   score +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
327           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
328
329   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
330
331   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
332   // information when computing the king safety evaluation.
333   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
334           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
335
336   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
337   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
338           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
339
340   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
341   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
342           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
343
344   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
345   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
346       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
347               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
348
349   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
350   if (ei.mi->space_weight())
351   {
352       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
353       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
354   }
355
356   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
357   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
358                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
359
360   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
361   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
362   if (   ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
363       && pos.opposite_bishops()
364       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
365   {
366       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
367       // other pieces?
368       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
369           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
370       {
371           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
372           // certainly a draw or at least two pawns.
373           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
374           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
375       }
376       else
377           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
378           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
379            sf = ScaleFactor(50);
380   }
381
382   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
383
384   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
385   if (Trace)
386   {
387       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
388       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
389       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
390       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
391       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
392       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
393       Tracing::add(TOTAL, score);
394       Tracing::stream << "\nScaling: " << std::noshowpos
395                       << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
396                       << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
397                       << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
398                       << "Total evaluation: " << to_cp(v);
399   }
400
401   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
402 }
403
404
405   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
406   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
407
408   template<Color Us>
409   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
410
411     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
412     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
413
414     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
415
416     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
417     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
418
419     // Init king safety tables only if we are going to use them
420     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
421     {
422         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
423         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
424         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
425         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
426     }
427     else
428         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
429   }
430
431
432   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
433
434   template<PieceType Piece, Color Us>
435   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
436
437     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
438
439     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
440
441     // Initial bonus based on square
442     Value bonus = Outpost[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
443
444     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
445     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
446     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
447     {
448         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
449             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
450             bonus += bonus + bonus / 2;
451         else
452             bonus += bonus / 2;
453     }
454
455     return make_score(bonus, bonus);
456   }
457
458
459   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
460
461   template<PieceType Piece, Color Us, bool Trace>
462   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
463
464     Bitboard b;
465     Square s;
466     Score score = SCORE_ZERO;
467
468     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
469     const Square* pl = pos.list<Piece>(Us);
470
471     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
472
473     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
474     {
475         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
476         b = Piece == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
477           : Piece ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
478                             : pos.attacks_from<Piece>(s);
479
480         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
481             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
482
483         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
484
485         if (b & ei.kingRing[Them])
486         {
487             ei.kingAttackersCount[Us]++;
488             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
489             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
490             if (bb)
491                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
492         }
493
494         int mob = Piece != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
495                                  : popcount<Full >(b & mobilityArea);
496
497         mobility[Us] += MobilityBonus[Piece][mob];
498
499         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
500         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
501         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
502             score -= ThreatenedByPawn[Piece];
503
504         // Otherwise give a bonus if we are a bishop and can pin a piece or can
505         // give a discovered check through an x-ray attack.
506         else if (    Piece == BISHOP
507                  && (PseudoAttacks[Piece][pos.king_square(Them)] & s)
508                  && !more_than_one(BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.pieces()))
509                  score += BishopPin;
510
511         // Penalty for bishop with same coloured pawns
512         if (Piece == BISHOP)
513             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
514
515         // Penalty for knight when there are few enemy pawns
516         if (Piece == KNIGHT)
517             score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
518
519         if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
520         {
521             // Bishop and knight outposts squares
522             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
523                 score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
524
525             // Bishop or knight behind a pawn
526             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
527                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
528                 score += MinorBehindPawn;
529         }
530
531         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
532             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
533         {
534             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
535             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
536                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
537                 score += Piece == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
538
539             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
540             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
541             if (pawns)
542                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Piece == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
543         }
544
545         // Special extra evaluation for rooks
546         if (Piece == ROOK)
547         {
548             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
549             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
550                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
551
552             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
553                 continue;
554
555             Square ksq = pos.king_square(Us);
556
557             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
558             // king has lost its castling capability.
559             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
560                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
561                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
562                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
563         }
564
565         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
566         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
567         // when that pawn is also blocked.
568         if (   Piece == BISHOP
569             && pos.is_chess960()
570             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
571         {
572             const enum Piece P = make_piece(Us, PAWN);
573             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
574             if (pos.piece_on(s + d) == P)
575                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us)) ? TrappedBishopA1H1 * 4
576                         : pos.piece_on(s + d + d) == P     ? TrappedBishopA1H1 * 2
577                                                            : TrappedBishopA1H1;
578         }
579     }
580
581     if (Trace)
582         Tracing::scores[Us][Piece] = score;
583
584     return score;
585   }
586
587
588   // evaluate_pieces_of_color() assigns bonuses and penalties to all the
589   // pieces of a given color.
590
591   template<Color Us, bool Trace>
592   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
593
594     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
595
596     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
597     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
598
599     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
600                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
601                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
602                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
603
604     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
605     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
606                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
607                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
608     if (Trace)
609         Tracing::scores[Us][MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
610
611     return score;
612   }
613
614
615   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
616
617   template<Color Us, bool Trace>
618   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
619
620     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
621
622     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
623     int attackUnits;
624     const Square ksq = pos.king_square(Us);
625
626     // King shelter and enemy pawns storm
627     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
628
629     // Main king safety evaluation
630     if (ei.kingAttackersCount[Them])
631     {
632         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
633         // apart from the king itself
634         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
635                     & ei.attackedBy[Us][KING]
636                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
637                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
638                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
639
640         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
641         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
642         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
643         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
644         // the pawn shelter (current 'score' value).
645         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
646                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
647                      - mg_value(score) / 32;
648
649         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
650         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
651         // queen...
652         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
653         if (b)
654         {
655             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
656             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
657                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
658             if (b)
659                 attackUnits +=  QueenContactCheck
660                               * popcount<Max15>(b)
661                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
662         }
663
664         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
665         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
666         // rooks...
667         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
668
669         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
670         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
671
672         if (b)
673         {
674             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
675             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
676                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
677             if (b)
678                 attackUnits +=  RookContactCheck
679                               * popcount<Max15>(b)
680                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
681         }
682
683         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
684         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
685
686         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
687         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
688
689         // Enemy queen safe checks
690         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
691         if (b)
692             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
693
694         // Enemy rooks safe checks
695         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
696         if (b)
697             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
698
699         // Enemy bishops safe checks
700         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
701         if (b)
702             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
703
704         // Enemy knights safe checks
705         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
706         if (b)
707             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
708
709         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
710         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
711
712         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
713         // array and subtract the score from evaluation.
714         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
715     }
716
717     if (Trace)
718         Tracing::scores[Us][KING] = score;
719
720     return score;
721   }
722
723
724   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
725   // and the type of attacked one.
726
727   template<Color Us, bool Trace>
728   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
729
730     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
731
732     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
733     Score score = SCORE_ZERO;
734
735     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
736     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
737                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
738
739     if (undefendedMinors)
740         score += UndefendedMinor;
741
742     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
743     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
744                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
745                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
746
747     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
748     if (weakEnemies)
749     {
750         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
751         if (b)
752             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
753
754         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
755         if (b)
756             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
757     }
758
759     if (Trace)
760         Tracing::scores[Us][THREAT] = score;
761
762     return score;
763   }
764
765
766   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
767
768   template<Color Us, bool Trace>
769   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
770
771     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
772
773     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
774     Score score = SCORE_ZERO;
775
776     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
777
778     while (b)
779     {
780         Square s = pop_lsb(&b);
781
782         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
783
784         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
785         int rr = r * (r - 1);
786
787         // Base bonus based on rank
788         Value mbonus = Value(17 * rr);
789         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
790
791         if (rr)
792         {
793             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
794
795             // Adjust bonus based on the king's proximity
796             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
797                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
798
799             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
800             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
801                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
802
803             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
804             if (pos.empty(blockSq))
805             {
806                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
807
808                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
809                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
810                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
811                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
812                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
813                     unsafeSquares = squaresToQueen;
814                 else
815                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
816
817                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
818                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
819                     defendedSquares = squaresToQueen;
820                 else
821                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
822
823                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
824                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
825                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
826                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
827
828                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
829                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
830                 // square is defended.
831                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
832                     k += 6;
833
834                 else if (defendedSquares & blockSq)
835                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
836
837                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
838             }
839         } // rr != 0
840
841         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
842         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
843         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
844         if (supportingPawns & rank_bb(s))
845             ebonus += Value(r * 20);
846
847         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
848             ebonus += Value(r * 12);
849
850         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
851         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
852         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
853         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
854         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
855         // value if the other side has a rook or queen.
856         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
857         {
858             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
859                 ebonus += ebonus / 4;
860
861             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
862                 ebonus -= ebonus / 4;
863         }
864
865         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
866             ebonus += ebonus / 4;
867
868         score += make_score(mbonus, ebonus);
869
870     }
871
872     if (Trace)
873         Tracing::scores[Us][PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
874
875     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
876     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
877   }
878
879
880   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
881   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
882   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
883
884   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
885
886     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
887
888     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
889         return SCORE_ZERO;
890
891     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
892   }
893
894
895   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
896   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
897   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
898   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
899   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
900   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
901   template<Color Us>
902   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
903
904     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
905
906     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
907     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
908     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
909     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
910                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
911                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
912                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
913
914     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
915     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
916     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
917     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
918
919     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
920     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
921
922     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
923     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
924   }
925
926
927   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
928   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
929
930   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
931
932     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
933     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
934     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
935
936     int e = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
937     int r = (mg_value(v) * int(ph) + e * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME;
938     return Value((r / GrainSize) * GrainSize); // Sign independent
939   }
940
941   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
942   Score apply_weight(Score v, Score w) {
943     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
944                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
945   }
946
947   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
948   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
949
950   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
951
952     // Scale option value from 100 to 256
953     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
954     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
955
956     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
957   }
958
959
960   // Tracing functions definitions
961
962   double to_cp(Value v) { return double(v) / double(PawnValueMg); }
963
964   void Tracing::add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
965
966     scores[WHITE][idx] = wScore;
967     scores[BLACK][idx] = bScore;
968   }
969
970   void Tracing::row(const char* name, int idx) {
971
972     Score wScore = scores[WHITE][idx];
973     Score bScore = scores[BLACK][idx];
974
975     switch (idx) {
976     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
977         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
978                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
979                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
980         break;
981     default:
982         stream << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
983                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
984                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
985                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
986                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
987                << std::showpos
988                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
989                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
990     }
991   }
992
993   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
994
995     stream.str("");
996     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
997     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
998
999     do_evaluate<true>(pos);
1000
1001     std::string totals = stream.str();
1002     stream.str("");
1003
1004     stream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
1005                     <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
1006                     <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1007
1008     row("Material, PST, Tempo", PST);
1009     row("Material imbalance", IMBALANCE);
1010     row("Pawns", PAWN);
1011     row("Knights", KNIGHT);
1012     row("Bishops", BISHOP);
1013     row("Rooks", ROOK);
1014     row("Queens", QUEEN);
1015     row("Mobility", MOBILITY);
1016     row("King safety", KING);
1017     row("Threats", THREAT);
1018     row("Passed pawns", PASSED);
1019     row("Space", SPACE);
1020
1021     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1022     row("Total", TOTAL);
1023     stream << totals;
1024
1025     return stream.str();
1026   }
1027 }