git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, WINNABLE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == WINNABLE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold1  = Value(1400);
  78   constexpr Value LazyThreshold2  = Value(1300);
  79   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  80
  81   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  82   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
  83
  84   // SafeCheck[PieceType][single/multiple] contains safe check bonus by piece type,
  85   // higher if multiple safe checks are possible for that piece type.
  86   constexpr int SafeCheck[][2] = {
  87       {}, {}, {792, 1283}, {645, 967}, {1084, 1897}, {772, 1119}
  88   };
  89
  90 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  91
  92   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  93   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  94   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  95     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-31), S( -4,-16), S(  3,  5), S( 13, 11), // Knight
  96       S( 22, 17), S( 28, 20), S( 33, 25) },
  97     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishop
  98       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  99       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 100     { S(-60,-78), S(-20,-17), S(  2, 23), S(  3, 39), S(  3, 70), S( 11, 99), // Rook
 101       S( 22,103), S( 31,121), S( 40,134), S( 40,139), S( 41,158), S( 48,164),
 102       S( 57,168), S( 57,169), S( 62,172) },
 103     { S(-30,-48), S(-12,-30), S( -8, -7), S( -9, 19), S( 20, 40), S( 23, 55), // Queen
 104       S( 23, 59), S( 35, 75), S( 38, 78), S( 53, 96), S( 64, 96), S( 65,100),
 105       S( 65,121), S( 66,127), S( 67,131), S( 67,133), S( 72,136), S( 72,141),
 106       S( 77,147), S( 79,150), S( 93,151), S(108,168), S(108,168), S(108,171),
 107       S(110,182), S(114,182), S(114,192), S(116,219) }
 108   };
 109
 110   // KingProtector[knight/bishop] contains penalty for each distance unit to own king
 111   constexpr Score KingProtector[] = { S(8, 9), S(6, 9) };
 112
 113   // Outpost[knight/bishop] contains bonuses for each knight or bishop occupying a
 114   // pawn protected square on rank 4 to 6 which is also safe from a pawn attack.
 115   constexpr Score Outpost[] = { S(56, 36), S(30, 23) };
 116
 117   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 118   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 119     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
 120   };
 121
 122   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 123   // no (friendly) pawn on the rook file.
 124   constexpr Score RookOnFile[] = { S(19, 7), S(48, 29) };
 125
 126   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 127   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 128   // pawn-defended are not considered.
 129   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 130     S(0, 0), S(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
 131   };
 132
 133   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 134     S(0, 0), S(3, 46), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 38), S(58, 41)
 135   };
 136
 137   // Assorted bonuses and penalties
 138   constexpr Score BadOutpost          = S( -7, 36);
 139   constexpr Score BishopOnKingRing    = S( 24,  0);
 140   constexpr Score BishopPawns         = S(  3,  7);
 141   constexpr Score BishopXRayPawns     = S(  4,  5);
 142   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
 143   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
 144   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
 145   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
 146   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
 147   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
 148   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
 149   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
 150   constexpr Score QueenInfiltration   = S( -2, 14);
 151   constexpr Score ReachableOutpost    = S( 31, 22);
 152   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
 153   constexpr Score RookOnKingRing      = S( 16,  0);
 154   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  6, 11);
 155   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 60, 18);
 156   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
 157   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
 158   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
 159   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
 160   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 14,  0);
 161   constexpr Score WeakQueen           = S( 56, 15);
 162
 163
 164 #undef S
 165
 166   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 167   template<Tracing T>
 168   class Evaluation {
 169
 170   public:
 171     Evaluation() = delete;
 172     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 173     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 174     Value value();
 175
 176   private:
 177     template<Color Us> void initialize();
 178     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 179     template<Color Us> Score king() const;
 180     template<Color Us> Score threats() const;
 181     template<Color Us> Score passed() const;
 182     template<Color Us> Score space() const;
 183     Value winnable(Score score) const;
 184
 185     const Position& pos;
 186     Material::Entry* me;
 187     Pawns::Entry* pe;
 188     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 189     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 190
 191     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 192     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 193     // is also calculated is ALL_PIECES.
 194     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 195
 196     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 197     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 198     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 199
 200     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 201     // very near squares, depending on king position.
 202     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 203
 204     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 205     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 206     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 207
 208     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 209     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 210     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 211     // the KingAttackWeights array.
 212     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 213
 214     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 215     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 216     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 217     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 218     // to kingAttacksCount[WHITE].
 219     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 220   };
 221
 222
 223   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 224   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 225
 226   template<Tracing T> template<Color Us>
 227   void Evaluation<T>::initialize() {
 228
 229     constexpr Color     Them = ~Us;
 230     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 231     constexpr Direction Down = -Up;
 232     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 233
 234     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 235
 236     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 237
 238     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 239     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 240
 241     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 242     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 243     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 244
 245     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 246     attackedBy[Us][KING] = attacks_bb<KING>(ksq);
 247     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 248     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 249     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 250
 251     // Init our king safety tables
 252     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 253                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 254     kingRing[Us] = attacks_bb<KING>(s) | s;
 255
 256     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 257     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 258
 259     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 260     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 261   }
 262
 263
 264   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 265
 266   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 267   Score Evaluation<T>::pieces() {
 268
 269     constexpr Color     Them = ~Us;
 270     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 271     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 272                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 273     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 274
 275     Bitboard b, bb;
 276     Score score = SCORE_ZERO;
 277
 278     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 279
 280     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 281     {
 282         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 283         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 284           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 285                          : attacks_bb<Pt>(s, pos.pieces());
 286
 287         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 288             b &= line_bb(pos.square<KING>(Us), s);
 289
 290         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 291         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 292         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 293
 294         if (b & kingRing[Them])
 295         {
 296             kingAttackersCount[Us]++;
 297             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 298             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 299         }
 300
 301         else if (Pt == ROOK && (file_bb(s) & kingRing[Them]))
 302             score += RookOnKingRing;
 303
 304         else if (Pt == BISHOP && (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & kingRing[Them]))
 305             score += BishopOnKingRing;
 306
 307         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 308
 309         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 310
 311         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 312         {
 313             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 314             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 315             if (   Pt == KNIGHT
 316                 && bb & s & ~CenterFiles
 317                 && !(b & pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN))
 318                 && !conditional_more_than_two(
 319                       pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN) & (s & QueenSide ? QueenSide : KingSide)))
 320                 score += BadOutpost;
 321             else if (bb & s)
 322                 score += Outpost[Pt == BISHOP];
 323             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 324                 score += ReachableOutpost;
 325
 326             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
 327             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 328                 score += MinorBehindPawn;
 329
 330             // Penalty if the piece is far from the king
 331             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(pos.square<KING>(Us), s);
 332
 333             if (Pt == BISHOP)
 334             {
 335                 // Penalty according to the number of our pawns on the same color square as the
 336                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
 337                 // when the bishop is outside the pawn chain.
 338                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 339
 340                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 341                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
 342
 343                 // Penalty for all enemy pawns x-rayed
 344                 score -= BishopXRayPawns * popcount(attacks_bb<BISHOP>(s) & pos.pieces(Them, PAWN));
 345
 346                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 347                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 348                     score += LongDiagonalBishop;
 349
 350                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
 351                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 352                 // when that pawn is also blocked.
 353                 if (   pos.is_chess960()
 354                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 355                 {
 356                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 357                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 358                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 359                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 360                                                                                   : CorneredBishop;
 361                 }
 362             }
 363         }
 364
 365         if (Pt == ROOK)
 366         {
 367             // Bonus for rook on the same file as a queen
 368             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 369                 score += RookOnQueenFile;
 370
 371             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 372             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 373                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 374
 375             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 376             else if (mob <= 3)
 377             {
 378                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 379                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 380                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 381             }
 382         }
 383
 384         if (Pt == QUEEN)
 385         {
 386             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 387             Bitboard queenPinners;
 388             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 389                 score -= WeakQueen;
 390
 391             // Bonus for queen on weak square in enemy camp
 392             if (relative_rank(Us, s) > RANK_4 && (~pe->pawn_attacks_span(Them) & s))
 393                 score += QueenInfiltration;
 394         }
 395     }
 396     if (T)
 397         Trace::add(Pt, Us, score);
 398
 399     return score;
 400   }
 401
 402
 403   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 404
 405   template<Tracing T> template<Color Us>
 406   Score Evaluation<T>::king() const {
 407
 408     constexpr Color    Them = ~Us;
 409     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 410                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 411
 412     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 413     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 414     int kingDanger = 0;
 415     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 416
 417     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 419
 420     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 421     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 422           & ~attackedBy2[Us]
 423           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 424
 425     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 426     safe  = ~pos.pieces(Them);
 427     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 428
 429     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 430     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 431
 432     // Enemy rooks checks
 433     rookChecks = b1 & attackedBy[Them][ROOK] & safe;
 434     if (rookChecks)
 435         kingDanger += SafeCheck[ROOK][more_than_one(rookChecks)];
 436     else
 437         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 438
 439     // Enemy queen safe checks: count them only if the checks are from squares from
 440     // which opponent cannot give a rook check, because rook checks are more valuable.
 441     queenChecks =  (b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe
 442                  & ~(attackedBy[Us][QUEEN] | rookChecks);
 443     if (queenChecks)
 444         kingDanger += SafeCheck[QUEEN][more_than_one(queenChecks)];
 445
 446     // Enemy bishops checks: count them only if they are from squares from which
 447     // opponent cannot give a queen check, because queen checks are more valuable.
 448     bishopChecks =  b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & safe
 449                   & ~queenChecks;
 450     if (bishopChecks)
 451         kingDanger += SafeCheck[BISHOP][more_than_one(bishopChecks)];
 452
 453     else
 454         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 455
 456     // Enemy knights checks
 457     knightChecks = attacks_bb<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 458     if (knightChecks & safe)
 459         kingDanger += SafeCheck[KNIGHT][more_than_one(knightChecks & safe)];
 460     else
 461         unsafeChecks |= knightChecks;
 462
 463     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 464     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 465     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 466     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 467     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 468
 469     int kingFlankAttack  = popcount(b1) + popcount(b2);
 470     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 471
 472     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 473                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 474                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 475                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 476                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 477                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 478                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 479                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 480                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 481                  -   6 * mg_value(score) / 8
 482                  -   4 * kingFlankDefense
 483                  +  37;
 484
 485     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 486     if (kingDanger > 100)
 487         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 488
 489     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 490     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 491         score -= PawnlessFlank;
 492
 493     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 494     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 495
 496     if (T)
 497         Trace::add(KING, Us, score);
 498
 499     return score;
 500   }
 501
 502
 503   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 504   // attacking and the attacked pieces.
 505
 506   template<Tracing T> template<Color Us>
 507   Score Evaluation<T>::threats() const {
 508
 509     constexpr Color     Them     = ~Us;
 510     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 511     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 512
 513     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 514     Score score = SCORE_ZERO;
 515
 516     // Non-pawn enemies
 517     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 518
 519     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 520     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 521     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 522                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 523
 524     // Non-pawn enemies, strongly protected
 525     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 526
 527     // Enemies not strongly protected and under our attack
 528     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 529
 530     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 531     if (defended | weak)
 532     {
 533         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 534         while (b)
 535             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 536
 537         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 538         while (b)
 539             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 540
 541         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 542             score += ThreatByKing;
 543
 544         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 545            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 546         score += Hanging * popcount(weak & b);
 547
 548         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
 549         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
 550     }
 551
 552     // Bonus for restricting their piece moves
 553     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 554        & ~stronglyProtected
 555        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 556     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 557
 558     // Protected or unattacked squares
 559     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 560
 561     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 562     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 563     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 564     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 565
 566     // Find squares where our pawns can push on the next move
 567     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 568     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 569
 570     // Keep only the squares which are relatively safe
 571     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 572
 573     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 574     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 575     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 576
 577     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 578     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 579     {
 580         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 581         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 582
 583         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & attacks_bb<KNIGHT>(s);
 584
 585         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 586
 587         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces()))
 588            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attacks_bb<ROOK  >(s, pos.pieces()));
 589
 590         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 591     }
 592
 593     if (T)
 594         Trace::add(THREAT, Us, score);
 595
 596     return score;
 597   }
 598
 599   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 600   // pawns of the given color.
 601
 602   template<Tracing T> template<Color Us>
 603   Score Evaluation<T>::passed() const {
 604
 605     constexpr Color     Them = ~Us;
 606     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 607     constexpr Direction Down = -Up;
 608
 609     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 610       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 611     };
 612
 613     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, blockedPassers, helpers;
 614     Score score = SCORE_ZERO;
 615
 616     b = pe->passed_pawns(Us);
 617
 618     blockedPassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
 619     if (blockedPassers)
 620     {
 621         helpers =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
 622                  & ~pos.pieces(Them)
 623                  & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 624
 625         // Remove blocked candidate passers that don't have help to pass
 626         b &=  ~blockedPassers
 627             | shift<WEST>(helpers)
 628             | shift<EAST>(helpers);
 629     }
 630
 631     while (b)
 632     {
 633         Square s = pop_lsb(&b);
 634
 635         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 636
 637         int r = relative_rank(Us, s);
 638
 639         Score bonus = PassedRank[r];
 640
 641         if (r > RANK_3)
 642         {
 643             int w = 5 * r - 13;
 644             Square blockSq = s + Up;
 645
 646             // Adjust bonus based on the king's proximity
 647             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 648                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 649
 650             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 651             if (r != RANK_7)
 652                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 653
 654             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 655             if (pos.empty(blockSq))
 656             {
 657                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 658                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 659
 660                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 661
 662                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 663                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 664
 665                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 666                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 667                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 668                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 669                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 670                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 671                                                              0 ;
 672
 673                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 674                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 675                     k += 5;
 676
 677                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 678             }
 679         } // r > RANK_3
 680
 681         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
 682     }
 683
 684     if (T)
 685         Trace::add(PASSED, Us, score);
 686
 687     return score;
 688   }
 689
 690
 691   // Evaluation::space() computes a space evaluation for a given side, aiming to improve game
 692   // play in the opening. It is based on the number of safe squares on the 4 central files
 693   // on ranks 2 to 4. Completely safe squares behind a friendly pawn are counted twice.
 694   // Finally, the space bonus is multiplied by a weight which decreases according to occupancy.
 695
 696   template<Tracing T> template<Color Us>
 697   Score Evaluation<T>::space() const {
 698
 699     // Early exit if, for example, both queens or 6 minor pieces have been exchanged
 700     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 701         return SCORE_ZERO;
 702
 703     constexpr Color Them     = ~Us;
 704     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 705     constexpr Bitboard SpaceMask =
 706       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 707                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 708
 709     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 710     Bitboard safe =   SpaceMask
 711                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 712                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 713
 714     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 715     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 716     behind |= shift<Down>(behind);
 717     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 718
 719     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 720     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
 721     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 722
 723     if (T)
 724         Trace::add(SPACE, Us, score);
 725
 726     return score;
 727   }
 728
 729
 730   // Evaluation::winnable() adjusts the midgame and endgame score components, based on
 731   // the known attacking/defending status of the players. The final value is derived
 732   // by interpolation from the midgame and endgame values.
 733
 734   template<Tracing T>
 735   Value Evaluation<T>::winnable(Score score) const {
 736
 737     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 738                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 739
 740     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 741                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 742
 743     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
 744                            && !pawnsOnBothFlanks;
 745
 746     bool infiltration =   rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
 747                        || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
 748
 749     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 750     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 751                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 752                     +  9 * outflanking
 753                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 754                     + 24 * infiltration
 755                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 756                     - 43 * almostUnwinnable
 757                     -110 ;
 758
 759     Value mg = mg_value(score);
 760     Value eg = eg_value(score);
 761
 762     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 763     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 764     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 765     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * Utility::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
 766     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 767
 768     mg += u;
 769     eg += v;
 770
 771     // Compute the scale factor for the winning side
 772     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 773     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 774
 775     // If scale factor is not already specific, scale down via general heuristics
 776     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 777     {
 778         if (pos.opposite_bishops())
 779         {
 780             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 781                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 782                 sf = 18 + 4 * popcount(pe->passed_pawns(strongSide));
 783             else
 784                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
 785         }
 786         else if (  pos.non_pawn_material(WHITE) == RookValueMg
 787                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == RookValueMg
 788                 && pos.count<PAWN>(strongSide) - pos.count<PAWN>(~strongSide) <= 1
 789                 && bool(KingSide & pos.pieces(strongSide, PAWN)) != bool(QueenSide & pos.pieces(strongSide, PAWN))
 790                 && (attacks_bb<KING>(pos.square<KING>(~strongSide)) & pos.pieces(~strongSide, PAWN)))
 791             sf = 36;
 792         else if (pos.count<QUEEN>() == 1)
 793             sf = 37 + 3 * (pos.count<QUEEN>(WHITE) == 1 ? pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK)
 794                                                         : pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE));
 795         else
 796             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 797     }
 798
 799     // Interpolate between the middlegame and (scaled by 'sf') endgame score
 800     v =  mg * int(me->game_phase())
 801        + eg * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 802     v /= PHASE_MIDGAME;
 803
 804     if (T)
 805     {
 806         Trace::add(WINNABLE, make_score(u, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL - eg_value(score)));
 807         Trace::add(TOTAL, make_score(mg, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL));
 808     }
 809
 810     return Value(v);
 811   }
 812
 813
 814   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 815   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 816   // of view of the side to move.
 817
 818   template<Tracing T>
 819   Value Evaluation<T>::value() {
 820
 821     assert(!pos.checkers());
 822
 823     // Probe the material hash table
 824     me = Material::probe(pos);
 825
 826     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 827     // configuration, call it and return.
 828     if (me->specialized_eval_exists())
 829         return me->evaluate(pos);
 830
 831     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 832     // the position object (material + piece square tables) and the material
 833     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 834     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 835
 836     // Probe the pawn hash table
 837     pe = Pawns::probe(pos);
 838     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 839
 840     // Early exit if score is high
 841     auto lazy_skip = [&](Value lazyThreshold) {
 842         return abs(mg_value(score) + eg_value(score)) / 2 > lazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64;
 843     };
 844
 845     if (lazy_skip(LazyThreshold1))
 846         goto make_v;
 847
 848     // Main evaluation begins here
 849     initialize<WHITE>();
 850     initialize<BLACK>();
 851
 852     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
 853     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified.
 854     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 855             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 856             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 857             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 858
 859     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 860
 861     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
 862     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 863             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>();
 864
 865     if (lazy_skip(LazyThreshold2))
 866         goto make_v;
 867
 868     score +=  threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 869             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 870
 871 make_v:
 872     // Derive single value from mg and eg parts of score
 873     Value v = winnable(score);
 874
 875     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 876     if (T)
 877     {
 878         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 879         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 880         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 881         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 882     }
 883
 884     // Evaluation grain
 885     v = (v / 16) * 16;
 886
 887     // Side to move point of view
 888     v = (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo;
 889
 890     // Damp down the evaluation linearly when shuffling
 891     v = v * (100 - pos.rule50_count()) / 100;
 892
 893     return v;
 894   }
 895
 896 } // namespace
 897
 898
 899 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 900 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 901
 902 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 903   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 904 }
 905
 906
 907 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 908 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 909 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 910
 911 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 912
 913   if (pos.checkers())
 914       return "Total evaluation: none (in check)";
 915
 916   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 917
 918   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 919
 920   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 921
 922   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 923
 924   std::stringstream ss;
 925   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 926      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 927      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 928      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 929      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 930      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 931      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 932      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 933      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 934      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 935      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 936      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 937      << " King safety | " << Term(KING)
 938      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 939      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 940      << "       Space | " << Term(SPACE)
 941      << "    Winnable | " << Term(WINNABLE)
 942      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 943      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 944
 945   ss << "\nFinal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 946
 947   return ss.str();
 948 }