Bonus for a pawn in front of knight/bishop
[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, UNSTOPPABLE, 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
88   // Evaluation grain size, must be a power of 2
89   const int GrainSize = 4;
90
91   // Evaluation weights, initialized from UCI options
92   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
93   Score Weights[6];
94
95   typedef Value V;
96   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
97
98   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
99   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
100   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
101   // parameters at 100, which looks prettier.
102   //
103   // Values modified by Joona Kiiski
104   const Score WeightsInternal[] = {
105       S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
106   };
107
108   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
109   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
110   // friendly pieces.
111   const Score MobilityBonus[][32] = {
112      {}, {},
113      { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
114        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
115      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
116        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
117        S( 84, 79), S( 86, 81), S(87, 82), S(87, 82) },
118      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
119        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
120        S( 35,122), S( 36,123), S(37,124), S(38,124) },
121      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
122        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
123        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
124        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126        S( 25, 41), S( 25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses of knights and bishops, indexed
130   // by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {
133   //  A     B     C     D     E     F     G     H
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
135     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
136     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
137     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
138     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
139     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
140   {
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
142     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
143     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
144     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
145     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
146     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
147   };
148
149   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
150   // type attacks which one.
151   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
152     {}, {},
153     { S(0, 0), S( 7, 39), S( 0,  0), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // KNIGHT
154     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S( 0,  0), S(41,100), S(41,100) }, // BISHOP
155     { S(0, 0), S( 0, 22), S(15, 49), S(15, 49), S( 0,  0), S(24, 49) }, // ROOK
156     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S( 0,  0) }  // QUEEN
157   };
158
159   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
160   // type is attacked by an enemy pawn.
161   const Score ThreatenedByPawn[] = {
162     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
163   };
164
165   #undef S
166
167   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
168   const Score BishopPin        = make_score(66, 11);
169   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
170   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
171   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
172   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
173   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
174   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
175   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
176   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
177   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
178
179   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
180   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
181   // happen in Chess960 games.
182   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
183
184   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
185   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
186   // based on how many squares inside this area are safe and available for
187   // friendly minor pieces.
188   const Bitboard SpaceMask[] = {
189     (1ULL << SQ_C2) | (1ULL << SQ_D2) | (1ULL << SQ_E2) | (1ULL << SQ_F2) |
190     (1ULL << SQ_C3) | (1ULL << SQ_D3) | (1ULL << SQ_E3) | (1ULL << SQ_F3) |
191     (1ULL << SQ_C4) | (1ULL << SQ_D4) | (1ULL << SQ_E4) | (1ULL << SQ_F4),
192     (1ULL << SQ_C7) | (1ULL << SQ_D7) | (1ULL << SQ_E7) | (1ULL << SQ_F7) |
193     (1ULL << SQ_C6) | (1ULL << SQ_D6) | (1ULL << SQ_E6) | (1ULL << SQ_F6) |
194     (1ULL << SQ_C5) | (1ULL << SQ_D5) | (1ULL << SQ_E5) | (1ULL << SQ_F5)
195   };
196
197   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
198   // from the KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring
199   // the strength of the enemy attack are added up into an integer, which
200   // is used as an index to KingDanger[].
201   //
202   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
203   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
204
205   // Bonuses for enemy's safe checks
206   const int QueenContactCheck = 6;
207   const int RookContactCheck  = 4;
208   const int QueenCheck        = 3;
209   const int RookCheck         = 2;
210   const int BishopCheck       = 1;
211   const int KnightCheck       = 1;
212
213   // KingExposed[Square] contains penalties based on the position of the
214   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
215   const int KingExposed[] = {
216      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
217      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
218      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
219     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
220     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
221     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
222     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
223     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
224   };
225
226   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
227   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
228   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
229
230   // Function prototypes
231   template<bool Trace>
232   Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin);
233
234   template<Color Us>
235   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
236
237   template<Color Us, bool Trace>
238   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility);
239
240   template<Color Us, bool Trace>
241   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]);
242
243   template<Color Us, bool Trace>
244   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei);
245
246   template<Color Us, bool Trace>
247   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
248
249   template<Color Us>
250   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei);
251
252   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
253
254   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
255   Score apply_weight(Score v, Score w);
256   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
257   double to_cp(Value v);
258 }
259
260
261 namespace Eval {
262
263   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
264   /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
265   /// between them based on the remaining material.
266
267   Value evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
268     return do_evaluate<false>(pos, margin);
269   }
270
271
272   /// trace() is like evaluate() but instead of a value returns a string suitable
273   /// to be print on stdout with the detailed descriptions and values of each
274   /// evaluation term. Used mainly for debugging.
275   std::string trace(const Position& pos) {
276     return Tracing::do_trace(pos);
277   }
278
279
280   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
281   /// and setup king tables.
282
283   void init() {
284
285     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
286     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
287     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
288     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
289     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
290     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
291
292     const int MaxSlope = 30;
293     const int Peak = 1280;
294
295     for (int t = 0, i = 1; i < 100; i++)
296     {
297         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
298
299         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
300         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
301     }
302   }
303
304 } // namespace Eval
305
306
307 namespace {
308
309 template<bool Trace>
310 Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
311
312   assert(!pos.checkers());
313
314   EvalInfo ei;
315   Value margins[COLOR_NB];
316   Score score, mobilityWhite, mobilityBlack;
317   Thread* th = pos.this_thread();
318
319   // margins[] store the uncertainty estimation of position's evaluation
320   // that typically is used by the search for pruning decisions.
321   margins[WHITE] = margins[BLACK] = VALUE_ZERO;
322
323   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
324   // in the position object (material + piece square tables) and adding
325   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
326   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
327
328   // Probe the material hash table
329   ei.mi = Material::probe(pos, th->materialTable, th->endgames);
330   score += ei.mi->material_value();
331
332   // If we have a specialized evaluation function for the current material
333   // configuration, call it and return.
334   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
335   {
336       margin = VALUE_ZERO;
337       return ei.mi->evaluate(pos);
338   }
339
340   // Probe the pawn hash table
341   ei.pi = Pawns::probe(pos, th->pawnsTable);
342   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
343
344   // Initialize attack and king safety bitboards
345   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
346   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
347
348   // Evaluate pieces and mobility
349   score +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, Trace>(pos, ei, mobilityWhite)
350           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, Trace>(pos, ei, mobilityBlack);
351
352   score += apply_weight(mobilityWhite - mobilityBlack, Weights[Mobility]);
353
354   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
355   // information when computing the king safety evaluation.
356   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei, margins)
357           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei, margins);
358
359   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
360   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
361           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
362
363   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
364   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
365           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
366
367   // If one side has only a king, check whether exists any unstoppable passed pawn
368   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
369       score += evaluate_unstoppable_pawns(pos, ei);
370
371   // Evaluate space for both sides, only in middle-game.
372   if (ei.mi->space_weight())
373   {
374       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
375       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
376   }
377
378   // Scale winning side if position is more drawish that what it appears
379   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
380                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
381
382   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
383   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
384   if (   ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
385       && pos.opposite_bishops()
386       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
387   {
388       // Only the two bishops ?
389       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
390           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
391       {
392           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
393           // certainly a draw or at least two pawns.
394           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
395           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
396       }
397       else
398           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
399           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
400            sf = ScaleFactor(50);
401   }
402
403   margin = margins[pos.side_to_move()];
404   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
405
406   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
407   if (Trace)
408   {
409       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
410       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
411       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
412       Tracing::add(UNSTOPPABLE, evaluate_unstoppable_pawns(pos, ei));
413       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
414       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
415       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
416       Tracing::add(TOTAL, score);
417       Tracing::stream << "\nUncertainty margin: White: " << to_cp(margins[WHITE])
418                       << ", Black: " << to_cp(margins[BLACK])
419                       << "\nScaling: " << std::noshowpos
420                       << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
421                       << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
422                       << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
423                       << "Total evaluation: " << to_cp(v);
424   }
425
426   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
427 }
428
429
430   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
431   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
432
433   template<Color Us>
434   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
435
436     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
437     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
438
439     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
440     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
441
442     // Init king safety tables only if we are going to use them
443     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
444     {
445         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
446         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
447         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) / 2 : 0;
448         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
449     } else
450         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
451   }
452
453
454   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outposts squares
455
456   template<PieceType Piece, Color Us>
457   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
458
459     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
460
461     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
462
463     // Initial bonus based on square
464     Value bonus = Outpost[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
465
466     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
467     // no minor piece which can exchange the outpost piece.
468     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
469     {
470         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
471             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
472             bonus += bonus + bonus / 2;
473         else
474             bonus += bonus / 2;
475     }
476     return make_score(bonus, bonus);
477   }
478
479
480   // evaluate_pieces<>() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
481
482   template<PieceType Piece, Color Us, bool Trace>
483   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility, Bitboard mobilityArea) {
484
485     Bitboard b;
486     Square s;
487     Score score = SCORE_ZERO;
488
489     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
490     const Square* pl = pos.list<Piece>(Us);
491
492     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
493
494     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
495     {
496         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
497         b = Piece == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
498           : Piece ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
499                             : pos.attacks_from<Piece>(s);
500
501         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
502
503         if (b & ei.kingRing[Them])
504         {
505             ei.kingAttackersCount[Us]++;
506             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
507             Bitboard bb = (b & ei.attackedBy[Them][KING]);
508             if (bb)
509                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
510         }
511
512         int mob = Piece != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
513                                  : popcount<Full >(b & mobilityArea);
514
515         mobility += MobilityBonus[Piece][mob];
516
517         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. Remaining part
518         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
519         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
520             score -= ThreatenedByPawn[Piece];
521
522         // Otherwise give a bonus if we are a bishop and can pin a piece or can
523         // give a discovered check through an x-ray attack.
524         else if (    Piece == BISHOP
525                  && (PseudoAttacks[Piece][pos.king_square(Them)] & s)
526                  && !more_than_one(BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.pieces()))
527                  score += BishopPin;
528
529         // Penalty for bishop with same coloured pawns
530         if (Piece == BISHOP)
531             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
532
533         if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
534         {
535             // Bishop and knight outposts squares
536             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
537                 score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
538
539             // Pawn in front of knight/bishop
540             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
541                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
542                 score += make_score(16, 0);
543         }
544
545         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
546             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
547         {
548             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
549             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
550                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
551                 score += Piece == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
552
553             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
554             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
555             if (pawns)
556                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Piece == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
557         }
558
559         // Special extra evaluation for rooks
560         if (Piece == ROOK)
561         {
562             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
563             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
564                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
565
566             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
567                 continue;
568
569             Square ksq = pos.king_square(Us);
570
571             // Penalize rooks which are trapped inside a king. Penalize more if
572             // king has lost right to castle.
573             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
574                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
575                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
576                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
577         }
578
579         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
580         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
581         // when that pawn is also blocked.
582         if (   Piece == BISHOP
583             && pos.is_chess960()
584             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
585         {
586             const enum Piece P = make_piece(Us, PAWN);
587             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
588             if (pos.piece_on(s + d) == P)
589                 score -= !pos.is_empty(s + d + pawn_push(Us)) ? TrappedBishopA1H1 * 4
590                         : pos.piece_on(s + d + d) == P        ? TrappedBishopA1H1 * 2
591                                                               : TrappedBishopA1H1;
592         }
593     }
594
595     if (Trace)
596         Tracing::scores[Us][Piece] = score;
597
598     return score;
599   }
600
601
602   // evaluate_threats<>() assigns bonuses according to the type of attacking piece
603   // and the type of attacked one.
604
605   template<Color Us, bool Trace>
606   Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
607
608     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
609
610     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
611     Score score = SCORE_ZERO;
612
613     // Undefended minors get penalized even if not under attack
614     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
615                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
616
617     if (undefendedMinors)
618         score += UndefendedMinor;
619
620     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
621     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
622                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
623                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
624
625     // Add bonus according to type of attacked enemy piece and to the
626     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
627     // considered because are already handled in king evaluation.
628     if (weakEnemies)
629         for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; pt1++)
630         {
631             b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
632             if (b)
633                 for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; pt2++)
634                     if (b & pos.pieces(pt2))
635                         score += Threat[pt1][pt2];
636         }
637
638     if (Trace)
639         Tracing::scores[Us][THREAT] = score;
640
641     return score;
642   }
643
644
645   // evaluate_pieces_of_color<>() assigns bonuses and penalties to all the
646   // pieces of a given color.
647
648   template<Color Us, bool Trace>
649   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility) {
650
651     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
652
653     Score score = mobility = SCORE_ZERO;
654
655     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
656     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
657
658     score += evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
659     score += evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
660     score += evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
661     score += evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
662
663     // Sum up all attacked squares
664     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =   ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
665                                     | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
666                                     | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
667     if (Trace)
668         Tracing::scores[Us][MOBILITY] = apply_weight(mobility, Weights[Mobility]);
669
670     return score;
671   }
672
673
674   // evaluate_king<>() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
675
676   template<Color Us, bool Trace>
677   Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]) {
678
679     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
680
681     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
682     int attackUnits;
683     const Square ksq = pos.king_square(Us);
684
685     // King shelter and enemy pawns storm
686     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
687
688     // King safety. This is quite complicated, and is almost certainly far
689     // from optimally tuned.
690     if (   ei.kingAttackersCount[Them] >= 2
691         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
692     {
693         // Find the attacked squares around the king which has no defenders
694         // apart from the king itself
695         undefended = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ei.attackedBy[Us][KING];
696         undefended &= ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
697                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
698                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
699
700         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
701         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
702         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
703         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
704         // king, and the quality of the pawn shelter.
705         attackUnits =  std::min(25, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
706                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
707                      + KingExposed[relative_square(Us, ksq)]
708                      - mg_value(score) / 32;
709
710         // Analyse enemy's safe queen contact checks. First find undefended
711         // squares around the king attacked by enemy queen...
712         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
713         if (b)
714         {
715             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
716             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
717                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
718             if (b)
719                 attackUnits +=  QueenContactCheck
720                               * popcount<Max15>(b)
721                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
722         }
723
724         // Analyse enemy's safe rook contact checks. First find undefended
725         // squares around the king attacked by enemy rooks...
726         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
727
728         // Consider only squares where the enemy rook gives check
729         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
730
731         if (b)
732         {
733             // ...then remove squares not supported by another enemy piece
734             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
735                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
736             if (b)
737                 attackUnits +=  RookContactCheck
738                               * popcount<Max15>(b)
739                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
740         }
741
742         // Analyse enemy's safe distance checks for sliders and knights
743         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
744
745         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
746         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
747
748         // Enemy queen safe checks
749         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
750         if (b)
751             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
752
753         // Enemy rooks safe checks
754         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
755         if (b)
756             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
757
758         // Enemy bishops safe checks
759         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
760         if (b)
761             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
762
763         // Enemy knights safe checks
764         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
765         if (b)
766             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
767
768         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
769         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
770
771         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
772         // array and subtract the score from evaluation. Set also margins[]
773         // value that will be used for pruning because this value can sometimes
774         // be very big, and so capturing a single attacking piece can therefore
775         // result in a score change far bigger than the value of the captured piece.
776         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
777         margins[Us] += mg_value(KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits]);
778     }
779
780     if (Trace)
781         Tracing::scores[Us][KING] = score;
782
783     return score;
784   }
785
786
787   // evaluate_passed_pawns<>() evaluates the passed pawns of the given color
788
789   template<Color Us, bool Trace>
790   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
791
792     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
793
794     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
795     Score score = SCORE_ZERO;
796
797     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
798
799     while (b)
800     {
801         Square s = pop_lsb(&b);
802
803         assert(pos.pawn_is_passed(Us, s));
804
805         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
806         int rr = r * (r - 1);
807
808         // Base bonus based on rank
809         Value mbonus = Value(17 * rr);
810         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
811
812         if (rr)
813         {
814             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
815
816             // Adjust bonus based on kings proximity
817             ebonus += Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr);
818             ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq) * 2 * rr);
819
820             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
821             if (rank_of(blockSq) != (Us == WHITE ? RANK_8 : RANK_1))
822                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
823
824             // If the pawn is free to advance, increase bonus
825             if (pos.is_empty(blockSq))
826             {
827                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
828                 defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
829
830                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
831                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
832                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
833                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
834                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
835                     unsafeSquares = squaresToQueen;
836                 else
837                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
838
839                 // If there aren't enemy attacks huge bonus, a bit smaller if at
840                 // least block square is not attacked, otherwise smallest bonus.
841                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
842
843                 // Big bonus if the path to queen is fully defended, a bit less
844                 // if at least block square is defended.
845                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
846                     k += 6;
847
848                 else if (defendedSquares & blockSq)
849                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
850
851                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
852             }
853         } // rr != 0
854
855         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
856         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
857         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
858         if (supportingPawns & rank_bb(s))
859             ebonus += Value(r * 20);
860
861         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
862             ebonus += Value(r * 12);
863
864         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
865         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
866         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
867         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
868         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
869         // value if the other side has a rook or queen.
870         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
871         {
872             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
873                 ebonus += ebonus / 4;
874             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
875                 ebonus -= ebonus / 4;
876         }
877         score += make_score(mbonus, ebonus);
878
879     }
880
881     if (Trace)
882         Tracing::scores[Us][PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
883
884     // Add the scores to the middle game and endgame eval
885     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
886   }
887
888
889   // evaluate_unstoppable_pawns() evaluates the unstoppable passed pawns for both sides, this is quite
890   // conservative and returns a winning score only when we are very sure that the pawn is winning.
891
892   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
893
894     Bitboard b, b2, blockers, supporters, queeningPath, candidates;
895     Square s, blockSq, queeningSquare;
896     Color c, winnerSide, loserSide;
897     bool pathDefended, opposed;
898     int pliesToGo, movesToGo, oppMovesToGo, sacptg, blockersCount, minKingDist, kingptg, d;
899     int pliesToQueen[] = { 256, 256 };
900
901     // Step 1. Hunt for unstoppable passed pawns. If we find at least one,
902     // record how many plies are required for promotion.
903     for (c = WHITE; c <= BLACK; c++)
904     {
905         // Skip if other side has non-pawn pieces
906         if (pos.non_pawn_material(~c))
907             continue;
908
909         b = ei.pi->passed_pawns(c);
910
911         while (b)
912         {
913             s = pop_lsb(&b);
914             queeningSquare = relative_square(c, file_of(s) | RANK_8);
915             queeningPath = forward_bb(c, s);
916
917             // Compute plies to queening and check direct advancement
918             movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(c, s) == RANK_2);
919             oppMovesToGo = square_distance(pos.king_square(~c), queeningSquare) - int(c != pos.side_to_move());
920             pathDefended = ((ei.attackedBy[c][ALL_PIECES] & queeningPath) == queeningPath);
921
922             if (movesToGo >= oppMovesToGo && !pathDefended)
923                 continue;
924
925             // Opponent king cannot block because path is defended and position
926             // is not in check. So only friendly pieces can be blockers.
927             assert(!pos.checkers());
928             assert((queeningPath & pos.pieces()) == (queeningPath & pos.pieces(c)));
929
930             // Add moves needed to free the path from friendly pieces and retest condition
931             movesToGo += popcount<Max15>(queeningPath & pos.pieces(c));
932
933             if (movesToGo >= oppMovesToGo && !pathDefended)
934                 continue;
935
936             pliesToGo = 2 * movesToGo - int(c == pos.side_to_move());
937             pliesToQueen[c] = std::min(pliesToQueen[c], pliesToGo);
938         }
939     }
940
941     // Step 2. If either side cannot promote at least three plies before the other side then situation
942     // becomes too complex and we give up. Otherwise we determine the possibly "winning side"
943     if (abs(pliesToQueen[WHITE] - pliesToQueen[BLACK]) < 3)
944         return SCORE_ZERO;
945
946     winnerSide = (pliesToQueen[WHITE] < pliesToQueen[BLACK] ? WHITE : BLACK);
947     loserSide = ~winnerSide;
948
949     // Step 3. Can the losing side possibly create a new passed pawn and thus prevent the loss?
950     b = candidates = pos.pieces(loserSide, PAWN);
951
952     while (b)
953     {
954         s = pop_lsb(&b);
955
956         // Compute plies from queening
957         queeningSquare = relative_square(loserSide, file_of(s) | RANK_8);
958         movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(loserSide, s) == RANK_2);
959         pliesToGo = 2 * movesToGo - int(loserSide == pos.side_to_move());
960
961         // Check if (without even considering any obstacles) we're too far away or doubled
962         if (   pliesToQueen[winnerSide] + 3 <= pliesToGo
963             || (forward_bb(loserSide, s) & pos.pieces(loserSide, PAWN)))
964             candidates ^= s;
965     }
966
967     // If any candidate is already a passed pawn it _may_ promote in time. We give up.
968     if (candidates & ei.pi->passed_pawns(loserSide))
969         return SCORE_ZERO;
970
971     // Step 4. Check new passed pawn creation through king capturing and pawn sacrifices
972     b = candidates;
973
974     while (b)
975     {
976         s = pop_lsb(&b);
977         sacptg = blockersCount = 0;
978         minKingDist = kingptg = 256;
979
980         // Compute plies from queening
981         queeningSquare = relative_square(loserSide, file_of(s) | RANK_8);
982         movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(loserSide, s) == RANK_2);
983         pliesToGo = 2 * movesToGo - int(loserSide == pos.side_to_move());
984
985         // Generate list of blocking pawns and supporters
986         supporters = adjacent_files_bb(file_of(s)) & candidates;
987         opposed = forward_bb(loserSide, s) & pos.pieces(winnerSide, PAWN);
988         blockers = passed_pawn_mask(loserSide, s) & pos.pieces(winnerSide, PAWN);
989
990         assert(blockers);
991
992         // How many plies does it take to remove all the blocking pawns?
993         while (blockers)
994         {
995             blockSq = pop_lsb(&blockers);
996             movesToGo = 256;
997
998             // Check pawns that can give support to overcome obstacle, for instance
999             // black pawns: a4, b4 white: b2 then pawn in b4 is giving support.
1000             if (!opposed)
1001             {
1002                 b2 = supporters & in_front_bb(winnerSide, rank_of(blockSq + pawn_push(winnerSide)));
1003
1004                 while (b2) // This while-loop could be replaced with LSB/MSB (depending on color)
1005                 {
1006                     d = square_distance(blockSq, pop_lsb(&b2)) - 2;
1007                     movesToGo = std::min(movesToGo, d);
1008                 }
1009             }
1010
1011             // Check pawns that can be sacrificed against the blocking pawn
1012             b2 = pawn_attack_span(winnerSide, blockSq) & candidates & ~(1ULL << s);
1013
1014             while (b2) // This while-loop could be replaced with LSB/MSB (depending on color)
1015             {
1016                 d = square_distance(blockSq, pop_lsb(&b2)) - 2;
1017                 movesToGo = std::min(movesToGo, d);
1018             }
1019
1020             // If obstacle can be destroyed with an immediate pawn exchange / sacrifice,
1021             // it's not a real obstacle and we have nothing to add to pliesToGo.
1022             if (movesToGo <= 0)
1023                 continue;
1024
1025             // Plies needed to sacrifice against all the blocking pawns
1026             sacptg += movesToGo * 2;
1027             blockersCount++;
1028
1029             // Plies needed for the king to capture all the blocking pawns
1030             d = square_distance(pos.king_square(loserSide), blockSq);
1031             minKingDist = std::min(minKingDist, d);
1032             kingptg = (minKingDist + blockersCount) * 2;
1033         }
1034
1035         // Check if pawn sacrifice plan _may_ save the day
1036         if (pliesToQueen[winnerSide] + 3 > pliesToGo + sacptg)
1037             return SCORE_ZERO;
1038
1039         // Check if king capture plan _may_ save the day (contains some false positives)
1040         if (pliesToQueen[winnerSide] + 3 > pliesToGo + kingptg)
1041             return SCORE_ZERO;
1042     }
1043
1044     // Winning pawn is unstoppable and will promote as first, return big score
1045     Score score = make_score(0, (Value) 1280 - 32 * pliesToQueen[winnerSide]);
1046     return winnerSide == WHITE ? score : -score;
1047   }
1048
1049
1050   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
1051   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
1052   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
1053   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
1054   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
1055   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
1056   template<Color Us>
1057   int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
1058
1059     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
1060
1061     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
1062     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
1063     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
1064     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
1065                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
1066                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
1067                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
1068
1069     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
1070     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
1071     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
1072     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
1073
1074     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
1075     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
1076
1077     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
1078     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
1079   }
1080
1081
1082   // interpolate() interpolates between a middle game and an endgame score,
1083   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
1084
1085   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
1086
1087     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
1088     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
1089     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
1090
1091     int ev = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
1092     int result = (mg_value(v) * int(ph) + ev * int(128 - ph)) / 128;
1093     return Value((result / GrainSize) * GrainSize); // Sign independent
1094   }
1095
1096   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
1097   Score apply_weight(Score v, Score w) {
1098     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
1099                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
1100   }
1101
1102   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
1103   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
1104
1105   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
1106
1107     // Scale option value from 100 to 256
1108     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
1109     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
1110
1111     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
1112   }
1113
1114
1115   // Tracing functions definitions
1116
1117   double to_cp(Value v) { return double(v) / double(PawnValueMg); }
1118
1119   void Tracing::add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
1120
1121     scores[WHITE][idx] = wScore;
1122     scores[BLACK][idx] = bScore;
1123   }
1124
1125   void Tracing::row(const char* name, int idx) {
1126
1127     Score wScore = scores[WHITE][idx];
1128     Score bScore = scores[BLACK][idx];
1129
1130     switch (idx) {
1131     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case UNSTOPPABLE: case TOTAL:
1132         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
1133                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
1134                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
1135         break;
1136     default:
1137         stream << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
1138                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
1139                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
1140                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
1141                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
1142                << std::showpos
1143                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
1144                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
1145     }
1146   }
1147
1148   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
1149
1150     stream.str("");
1151     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
1152     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
1153
1154     Value margin;
1155     do_evaluate<true>(pos, margin);
1156
1157     std::string totals = stream.str();
1158     stream.str("");
1159
1160     stream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
1161                     <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
1162                     <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1163
1164     row("Material, PST, Tempo", PST);
1165     row("Material imbalance", IMBALANCE);
1166     row("Pawns", PAWN);
1167     row("Knights", KNIGHT);
1168     row("Bishops", BISHOP);
1169     row("Rooks", ROOK);
1170     row("Queens", QUEEN);
1171     row("Mobility", MOBILITY);
1172     row("King safety", KING);
1173     row("Threats", THREAT);
1174     row("Passed pawns", PASSED);
1175     row("Unstoppable pawns", UNSTOPPABLE);
1176     row("Space", SPACE);
1177
1178     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1179     row("Total", TOTAL);
1180     stream << totals;
1181
1182     return stream.str();
1183   }
1184 }