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) 2015-2018 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   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  80
  81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  85   };
  86
  87   // Threshold for lazy and space evaluation
  88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  90
  91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  93
  94   // Penalties for enemy's safe checks
  95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  99
 100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 101
 102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
 105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 131
 132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 134   // pawn-defended are not considered.
 135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
 156
 157   // Assorted bonuses and penalties
 158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
 160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 161   constexpr Score Hanging            = S( 57, 32);
 162   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 163   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 164   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
 165   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 166   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
 167   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
 168   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 29);
 169   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 170   constexpr Score ThreatByKing       = S( 22, 78);
 171   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 172   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 173   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 174   constexpr Score TrappedRook        = S( 96,  5);
 175   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 176   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 15, 19);
 177
 178 #undef S
 179
 180   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 181   template<Tracing T>
 182   class Evaluation {
 183
 184   public:
 185     Evaluation() = delete;
 186     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 187     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 188     Value value();
 189
 190   private:
 191     template<Color Us> void initialize();
 192     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 193     template<Color Us> Score king() const;
 194     template<Color Us> Score threats() const;
 195     template<Color Us> Score passed() const;
 196     template<Color Us> Score space() const;
 197     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 198     Score initiative(Value eg) const;
 199
 200     const Position& pos;
 201     Material::Entry* me;
 202     Pawns::Entry* pe;
 203     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 204     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 205
 206     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 207     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 208     // is also calculated is ALL_PIECES.
 209     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 210
 211     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 212     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 213     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 214     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 215
 216     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 217     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 218     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 219     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 220     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 221
 222     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 223     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 224     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 225
 226     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 227     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 228     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 229     // the KingAttackWeights array.
 230     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 231
 232     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 233     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 234     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 235     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 236     // to kingAttacksCount[WHITE].
 237     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 238   };
 239
 240
 241   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 242   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 243   template<Tracing T> template<Color Us>
 244   void Evaluation<T>::initialize() {
 245
 246     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 247     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 248     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 249     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 250
 251     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 252     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 253
 254     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 255     // are excluded from the mobility area.
 256     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 257
 258     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 259     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 260     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 262     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 263
 264     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 265     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 266     {
 267         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 268         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 269             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 270
 271         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 272             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 273
 274         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 275             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 276
 277         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 279     }
 280     else
 281         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 282   }
 283
 284
 285   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 286   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 287   Score Evaluation<T>::pieces() {
 288
 289     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 290     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 291     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 292                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 293     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 294
 295     Bitboard b, bb;
 296     Square s;
 297     Score score = SCORE_ZERO;
 298
 299     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 300
 301     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 302     {
 303         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 304         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 305           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 306                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 307
 308         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 309             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 310
 311         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 312         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 313         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 314
 315         if (b & kingRing[Them])
 316         {
 317             kingAttackersCount[Us]++;
 318             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 319             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 320         }
 321
 322         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 323
 324         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 325
 326         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 327         {
 328             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 329             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 330             if (bb & s)
 331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 332
 333             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 334                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 335
 336             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 337             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 338                 score += MinorBehindPawn;
 339
 340             // Penalty if the piece is far from the king
 341             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 342
 343             if (Pt == BISHOP)
 344             {
 345                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 346                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 347                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 348
 349                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 350                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 351
 352                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 353                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 354                     score += LongDiagonalBishop;
 355             }
 356
 357             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 358             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 359             // when that pawn is also blocked.
 360             if (   Pt == BISHOP
 361                 && pos.is_chess960()
 362                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 363             {
 364                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 365                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 366                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 367                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 368                                                                               : CorneredBishop;
 369             }
 370         }
 371
 372         if (Pt == ROOK)
 373         {
 374             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 375             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 376                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 377
 378             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 379             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 380                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 381
 382             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 383             else if (mob <= 3)
 384             {
 385                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 386                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 387                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 388             }
 389         }
 390
 391         if (Pt == QUEEN)
 392         {
 393             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 394             Bitboard queenPinners;
 395             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 396                 score -= WeakQueen;
 397         }
 398     }
 399     if (T)
 400         Trace::add(Pt, Us, score);
 401
 402     return score;
 403   }
 404
 405
 406   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 407   template<Tracing T> template<Color Us>
 408   Score Evaluation<T>::king() const {
 409
 410     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 413
 414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 415     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 416
 417     // King shelter and enemy pawns storm
 418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 419
 420     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 421     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 422     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 423     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 424     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 425
 426     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 427
 428     // Main king safety evaluation
 429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 430     {
 431         int kingDanger = 0;
 432         unsafeChecks = 0;
 433
 434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 436               & ~attackedBy2[Us]
 437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 438
 439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 440         safe  = ~pos.pieces(Them);
 441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 442
 443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 445
 446         // Enemy queen safe checks
 447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 448             kingDanger += QueenSafeCheck;
 449
 450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 452
 453         // Enemy rooks checks
 454         if (b1 & safe)
 455             kingDanger += RookSafeCheck;
 456         else
 457             unsafeChecks |= b1;
 458
 459         // Enemy bishops checks
 460         if (b2 & safe)
 461             kingDanger += BishopSafeCheck;
 462         else
 463             unsafeChecks |= b2;
 464
 465         // Enemy knights checks
 466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 467         if (b & safe)
 468             kingDanger += KnightSafeCheck;
 469         else
 470             unsafeChecks |= b;
 471
 472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 473         // the square is in the attacker's mobility area.
 474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 475
 476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 477                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 478                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 479                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 480                      +   4 * tropism
 481                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 482                      -   6 * mg_value(score) / 8
 483                      +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 484                      -   30;
 485
 486         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 487         if (kingDanger > 0)
 488             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 489     }
 490
 491     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 492     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 493         score -= PawnlessFlank;
 494
 495     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 496     score -= CloseEnemies * tropism;
 497
 498     if (T)
 499         Trace::add(KING, Us, score);
 500
 501     return score;
 502   }
 503
 504
 505   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 506   // attacking and the attacked pieces.
 507   template<Tracing T> template<Color Us>
 508   Score Evaluation<T>::threats() const {
 509
 510     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 511     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 512     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 513
 514     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 515     Score score = SCORE_ZERO;
 516
 517     // Non-pawn enemies
 518     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 519
 520     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 521     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 522     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 523                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 524
 525     // Non-pawn enemies, strongly protected
 526     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 527
 528     // Enemies not strongly protected and under our attack
 529     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 530
 531     // Safe or protected squares
 532     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 533
 534     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 535     if (defended | weak)
 536     {
 537         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 538         while (b)
 539         {
 540             Square s = pop_lsb(&b);
 541             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 542             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 543                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 544         }
 545
 546         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 547         while (b)
 548         {
 549             Square s = pop_lsb(&b);
 550             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 551             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 552                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 553         }
 554
 555         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 556             score += ThreatByKing;
 557
 558         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 559
 560         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 561         score += Overload * popcount(b);
 562     }
 563
 564     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 565     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 566         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 567
 568     // Find squares where our pawns can push on the next move
 569     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 570     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 571
 572     // Keep only the squares which are relatively safe
 573     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 574
 575     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 576     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 577     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 578
 579     // Our safe or protected pawns
 580     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 581
 582     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 583     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 584
 585     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 586     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 587     {
 588         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 589         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 590
 591         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 592
 593         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 594
 595         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 596            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 597
 598         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 599     }
 600
 601     if (T)
 602         Trace::add(THREAT, Us, score);
 603
 604     return score;
 605   }
 606
 607   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 608   // pawns of the given color.
 609
 610   template<Tracing T> template<Color Us>
 611   Score Evaluation<T>::passed() const {
 612
 613     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 614     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 615
 616     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 617       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 618     };
 619
 620     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 621     Score score = SCORE_ZERO;
 622
 623     b = pe->passed_pawns(Us);
 624
 625     while (b)
 626     {
 627         Square s = pop_lsb(&b);
 628
 629         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 630
 631         int r = relative_rank(Us, s);
 632         int w = PassedDanger[r];
 633
 634         Score bonus = PassedRank[r];
 635
 636         if (w)
 637         {
 638             Square blockSq = s + Up;
 639
 640             // Adjust bonus based on the king's proximity
 641             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 642                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 643
 644             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 645             if (r != RANK_7)
 646                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 647
 648             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 649             if (pos.empty(blockSq))
 650             {
 651                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 652                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 653                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 654                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 655
 656                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 657
 658                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 659                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 660
 661                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 662                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 663
 664                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 665                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 666                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 667
 668                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 669                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 670                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 671                     k += 6;
 672
 673                 else if (defendedSquares & blockSq)
 674                     k += 4;
 675
 676                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 677             }
 678         } // w != 0
 679
 680         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 681         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 682         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 683             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 684             bonus = bonus / 2;
 685
 686         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 687     }
 688
 689     if (T)
 690         Trace::add(PASSED, Us, score);
 691
 692     return score;
 693   }
 694
 695
 696   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 697   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 698   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 699   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 700   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 701   // improve play on game opening.
 702
 703   template<Tracing T> template<Color Us>
 704   Score Evaluation<T>::space() const {
 705
 706     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 707         return SCORE_ZERO;
 708
 709     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 710     constexpr Bitboard SpaceMask =
 711       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 712                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 713
 714     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 715     Bitboard safe =   SpaceMask
 716                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 717                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 718
 719     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 720     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 721     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 722     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 723
 724     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 725     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 726
 727     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 728
 729     if (T)
 730         Trace::add(SPACE, Us, score);
 731
 732     return score;
 733   }
 734
 735
 736   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 737   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 738   // known attacking/defending status of the players.
 739
 740   template<Tracing T>
 741   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 742
 743     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 744                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 745
 746     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 747                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 748
 749     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 750     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 751                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 752                     + 12 * outflanking
 753                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 754                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 755                     -118 ;
 756
 757     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 758     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 759     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 760     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 761
 762     if (T)
 763         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 764
 765     return make_score(0, v);
 766   }
 767
 768
 769   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 770
 771   template<Tracing T>
 772   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 773
 774     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 775     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 776
 777     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 778     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 779     {
 780         if (   pos.opposite_bishops()
 781             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 782             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 783             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 784         else
 785             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 786
 787     }
 788
 789     return ScaleFactor(sf);
 790   }
 791
 792
 793   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 794   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 795   // of view of the side to move.
 796
 797   template<Tracing T>
 798   Value Evaluation<T>::value() {
 799
 800     assert(!pos.checkers());
 801
 802     // Probe the material hash table
 803     me = Material::probe(pos);
 804
 805     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 806     // configuration, call it and return.
 807     if (me->specialized_eval_exists())
 808         return me->evaluate(pos);
 809
 810     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 811     // the position object (material + piece square tables) and the material
 812     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 813     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 814
 815     // Probe the pawn hash table
 816     pe = Pawns::probe(pos);
 817     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 818
 819     // Early exit if score is high
 820     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 821     if (abs(v) > LazyThreshold)
 822        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 823
 824     // Main evaluation begins here
 825
 826     initialize<WHITE>();
 827     initialize<BLACK>();
 828
 829     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 830     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 831             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 832             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 833             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 834
 835     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 836
 837     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 838             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 839             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 840             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 841
 842     score += initiative(eg_value(score));
 843
 844     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 845     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 846     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 847        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 848
 849     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 850
 851     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 852     if (T)
 853     {
 854         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 855         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 856         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 857         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 858         Trace::add(TOTAL, score);
 859     }
 860
 861     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 862            + Eval::Tempo;
 863   }
 864
 865 } // namespace
 866
 867
 868 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 869 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 870
 871 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 872   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 873 }
 874
 875
 876 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 877 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 878 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 879
 880 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 881
 882   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 883
 884   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 885
 886   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 887
 888   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 889
 890   std::stringstream ss;
 891   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 892      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 893      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 894      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 895      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 896      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 897      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 898      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 899      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 900      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 901      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 902      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 903      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 904      << " King safety | " << Term(KING)
 905      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 906      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 907      << "       Space | " << Term(SPACE)
 908      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 909      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 910
 911   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 912
 913   return ss.str();
 914 }