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

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31 #include "thread.h"
  32
  33 namespace Trace {
  34
  35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
  36
  37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
  38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  39   };
  40
  41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
  42
  43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  44
  45   void add(int idx, Color c, Score s) {
  46     scores[idx][c] = s;
  47   }
  48
  49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  50     scores[idx][WHITE] = w;
  51     scores[idx][BLACK] = b;
  52   }
  53
  54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
  55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
  56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
  57     return os;
  58   }
  59
  60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  61
  62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
  64     else
  65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
  66
  67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
  68     return os;
  69   }
  70 }
  71
  72 using namespace Trace;
  73
  74 namespace {
  75
  76   // Threshold for lazy and space evaluation
  77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
  78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  79
  80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  82
  83   // Penalties for enemy's safe checks
  84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  88
  89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  90
  91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
  92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
  93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
  94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
  95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
  97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
  98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
  99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 107   };
 108
 109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 110   // no (friendly) pawn on the rook file.
 111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 112
 113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 115   // pawn-defended are not considered.
 116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 117     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 122   };
 123
 124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 126     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 127   };
 128
 129   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 130   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 131     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 132     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 133   };
 134
 135   // Assorted bonuses and penalties
 136   constexpr Score AttacksOnSpaceArea = S(  4,  0);
 137   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 138   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 139   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
 140   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 141   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 142   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 143   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 144   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 145   constexpr Score Outpost            = S( 36, 12);
 146   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 147   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 148   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 149   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 150   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 151   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 152   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 153   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 154   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 155   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 156
 157 #undef S
 158
 159   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 160   template<Tracing T>
 161   class Evaluation {
 162
 163   public:
 164     Evaluation() = delete;
 165     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 166     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 167     Value value();
 168
 169   private:
 170     template<Color Us> void initialize();
 171     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 172     template<Color Us> Score king() const;
 173     template<Color Us> Score threats() const;
 174     template<Color Us> Score passed() const;
 175     template<Color Us> Score space() const;
 176     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 177     Score initiative(Value eg) const;
 178
 179     const Position& pos;
 180     Material::Entry* me;
 181     Pawns::Entry* pe;
 182     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 183     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 184
 185     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 186     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 187     // is also calculated is ALL_PIECES.
 188     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 189
 190     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 191     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 192     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 193
 194     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 195     // very near squares, depending on king position.
 196     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 197
 198     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 199     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 200     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 201
 202     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 203     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 204     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 205     // the KingAttackWeights array.
 206     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 207
 208     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 209     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 210     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 211     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 212     // to kingAttacksCount[WHITE].
 213     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 214   };
 215
 216
 217   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 218   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 219   template<Tracing T> template<Color Us>
 220   void Evaluation<T>::initialize() {
 221
 222     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 223     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 224     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 225     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 226
 227     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 228
 229     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 230
 231     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 232     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 233
 234     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
 235     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
 236     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 237
 238     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 239     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
 240     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 241     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 242     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 243
 244     // Init our king safety tables
 245     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 246     if (relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
 247         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 248
 249     if (file_of(ksq) == FILE_H)
 250         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 251
 252     else if (file_of(ksq) == FILE_A)
 253         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 254
 255     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 256     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 257
 258     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 259     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 260   }
 261
 262
 263   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 264   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 265   Score Evaluation<T>::pieces() {
 266
 267     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 268     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 269     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 270                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 271     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 272
 273     Bitboard b, bb;
 274     Score score = SCORE_ZERO;
 275
 276     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 277
 278     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 279     {
 280         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 281         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 282           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 283                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 284
 285         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 286             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 287
 288         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 289         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 290         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 291
 292         if (b & kingRing[Them])
 293         {
 294             kingAttackersCount[Us]++;
 295             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 296             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 297         }
 298
 299         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 300
 301         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 302
 303         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 304         {
 305             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 306             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 307             if (bb & s)
 308                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
 309
 310             else if (bb & b & ~pos.pieces(Us))
 311                 score += Outpost / (Pt == KNIGHT ? 1 : 2);
 312
 313             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 314             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 315                 score += MinorBehindPawn;
 316
 317             // Penalty if the piece is far from the king
 318             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 319
 320             if (Pt == BISHOP)
 321             {
 322                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 323                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 324                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 325
 326                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 327                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 328
 329                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 330                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 331                     score += LongDiagonalBishop;
 332             }
 333
 334             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 335             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 336             // when that pawn is also blocked.
 337             if (   Pt == BISHOP
 338                 && pos.is_chess960()
 339                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 340             {
 341                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 342                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 343                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 344                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 345                                                                               : CorneredBishop;
 346             }
 347         }
 348
 349         if (Pt == ROOK)
 350         {
 351             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 352             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 353                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 354
 355             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 356             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 357                 score += RookOnFile[bool(pos.is_on_semiopen_file(Them, s))];
 358
 359             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 360             else if (mob <= 3)
 361             {
 362                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 363                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 364                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 365             }
 366         }
 367
 368         if (Pt == QUEEN)
 369         {
 370             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 371             Bitboard queenPinners;
 372             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 373                 score -= WeakQueen;
 374         }
 375     }
 376     if (T)
 377         Trace::add(Pt, Us, score);
 378
 379     return score;
 380   }
 381
 382
 383   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 384   template<Tracing T> template<Color Us>
 385   Score Evaluation<T>::king() const {
 386
 387     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 388     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 389                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 390
 391     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
 392     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 393     int kingDanger = 0;
 394     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 395
 396     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 397     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 398
 399     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 400     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 401           & ~attackedBy2[Us]
 402           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 403
 404     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 405     safe  = ~pos.pieces(Them);
 406     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 407
 408     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 409     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 410
 411     // Enemy rooks checks
 412     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 413
 414     if (rookChecks)
 415         kingDanger += RookSafeCheck;
 416     else
 417         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 418
 419     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 420     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 421     queenChecks =  (b1 | b2)
 422                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 423                  & safe
 424                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 425                  & ~rookChecks;
 426
 427     if (queenChecks)
 428         kingDanger += QueenSafeCheck;
 429
 430     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 431     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 432     bishopChecks =  b2
 433                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 434                   & safe
 435                   & ~queenChecks;
 436
 437     if (bishopChecks)
 438         kingDanger += BishopSafeCheck;
 439     else
 440         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 441
 442     // Enemy knights checks
 443     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 444
 445     if (knightChecks & safe)
 446         kingDanger += KnightSafeCheck;
 447     else
 448         unsafeChecks |= knightChecks;
 449
 450     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 451     // the square is in the attacker's mobility area.
 452     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 453
 454     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 455     // which are attacked twice in that flank.
 456     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 457     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 458
 459     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
 460
 461     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 462                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 463                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 464                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 465                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
 466                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 467                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 468                  -   6 * mg_value(score) / 8
 469                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 470                  +   5 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 16
 471                  -   7;
 472
 473     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 474     if (kingDanger > 100)
 475         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 476
 477     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 478     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 479         score -= PawnlessFlank;
 480
 481     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 482     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
 483
 484     if (T)
 485         Trace::add(KING, Us, score);
 486
 487     return score;
 488   }
 489
 490
 491   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 492   // attacking and the attacked pieces.
 493   template<Tracing T> template<Color Us>
 494   Score Evaluation<T>::threats() const {
 495
 496     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 497     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 498     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 499
 500     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 501     Score score = SCORE_ZERO;
 502
 503     // Non-pawn enemies
 504     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 505
 506     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 507     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 508     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 509                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 510
 511     // Non-pawn enemies, strongly protected
 512     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 513
 514     // Enemies not strongly protected and under our attack
 515     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 516
 517     // Safe or protected squares
 518     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 519
 520     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 521     if (defended | weak)
 522     {
 523         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 524         while (b)
 525         {
 526             Square s = pop_lsb(&b);
 527             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 528             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 529                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 530         }
 531
 532         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 533         while (b)
 534         {
 535             Square s = pop_lsb(&b);
 536             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 537             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 538                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 539         }
 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
 549     // Bonus for restricting their piece moves
 550     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 551        & ~stronglyProtected
 552        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 553
 554     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 555
 556     // Find squares where our pawns can push on the next move
 557     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 558     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 559
 560     // Keep only the squares which are relatively safe
 561     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 562
 563     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 564     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 565     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 566
 567     // Our safe or protected pawns
 568     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 569
 570     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 571     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 572
 573     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 574     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 575     {
 576         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 577         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 578
 579         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 580
 581         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 582
 583         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 584            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 585
 586         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 587     }
 588
 589     if (T)
 590         Trace::add(THREAT, Us, score);
 591
 592     return score;
 593   }
 594
 595   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 596   // pawns of the given color.
 597
 598   template<Tracing T> template<Color Us>
 599   Score Evaluation<T>::passed() const {
 600
 601     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 602     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 603
 604     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 605       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 606     };
 607
 608     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 609     Score score = SCORE_ZERO;
 610
 611     b = pe->passed_pawns(Us);
 612
 613     while (b)
 614     {
 615         Square s = pop_lsb(&b);
 616
 617         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 618
 619         int r = relative_rank(Us, s);
 620
 621         Score bonus = PassedRank[r];
 622
 623         if (r > RANK_3)
 624         {
 625             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 626             Square blockSq = s + Up;
 627
 628             // Adjust bonus based on the king's proximity
 629             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 630                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 631
 632             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 633             if (r != RANK_7)
 634                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 635
 636             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 637             if (pos.empty(blockSq))
 638             {
 639                 defendedSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 640                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 641
 642                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 643
 644                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 645                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 646
 647                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 648                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 649
 650                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 651                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 652                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 653                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 654                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 655                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 656                                                              0 ;
 657
 658                 // Assign a larger bonus if the block square is defended.
 659                 if (defendedSquares & blockSq)
 660                     k += 5;
 661
 662                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 663             }
 664         } // r > RANK_3
 665
 666         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 667         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 668         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 669             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 670             bonus = bonus / 2;
 671
 672         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 673     }
 674
 675     if (T)
 676         Trace::add(PASSED, Us, score);
 677
 678     return score;
 679   }
 680
 681
 682   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 683   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 684   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 685   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 686   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 687   // improve play on game opening.
 688
 689   template<Tracing T> template<Color Us>
 690   Score Evaluation<T>::space() const {
 691
 692     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 693         return SCORE_ZERO;
 694
 695     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 696     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 697     constexpr Bitboard SpaceMask =
 698       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 699                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 700
 701     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 702     Bitboard safe =   SpaceMask
 703                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 704                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 705
 706     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 707     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 708     behind |= shift<Down>(behind);
 709     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 710
 711     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 712     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
 713     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 714
 715     score -= AttacksOnSpaceArea * popcount(attackedBy[Them][ALL_PIECES] & behind & safe);
 716
 717     if (T)
 718         Trace::add(SPACE, Us, score);
 719
 720     return score;
 721   }
 722
 723
 724   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 725   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 726   // known attacking/defending status of the players.
 727
 728   template<Tracing T>
 729   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 730
 731     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 732                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 733
 734     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 735                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 736
 737     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 738     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 739                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 740                     +  9 * outflanking
 741                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 742                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 743                     -103 ;
 744
 745     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 746     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 747     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 748     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 749
 750     if (T)
 751         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 752
 753     return make_score(0, v);
 754   }
 755
 756
 757   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 758
 759   template<Tracing T>
 760   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 761
 762     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 763     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 764
 765     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 766     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 767     {
 768         if (   pos.opposite_bishops()
 769             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
 770             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
 771         else
 772             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 773
 774     }
 775
 776     return ScaleFactor(sf);
 777   }
 778
 779
 780   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 781   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 782   // of view of the side to move.
 783
 784   template<Tracing T>
 785   Value Evaluation<T>::value() {
 786
 787     assert(!pos.checkers());
 788
 789     // Probe the material hash table
 790     me = Material::probe(pos);
 791
 792     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 793     // configuration, call it and return.
 794     if (me->specialized_eval_exists())
 795         return me->evaluate(pos);
 796
 797     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 798     // the position object (material + piece square tables) and the material
 799     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 800     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 801
 802     // Probe the pawn hash table
 803     pe = Pawns::probe(pos);
 804     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 805
 806     // Early exit if score is high
 807     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 808     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 809        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 810
 811     // Main evaluation begins here
 812
 813     initialize<WHITE>();
 814     initialize<BLACK>();
 815
 816     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 817     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 818             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 819             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 820             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 821
 822     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 823
 824     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 825             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 826             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 827             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 828
 829     score += initiative(eg_value(score));
 830
 831     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 832     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 833     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 834        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 835
 836     v /= PHASE_MIDGAME;
 837
 838     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 839     if (T)
 840     {
 841         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 842         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 843         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 844         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 845         Trace::add(TOTAL, score);
 846     }
 847
 848     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 849            + Eval::Tempo;
 850   }
 851
 852 } // namespace
 853
 854
 855 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 856 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 857
 858 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 859   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 860 }
 861
 862
 863 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 864 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 865 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 866
 867 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 868
 869   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 870
 871   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 872
 873   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 874
 875   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 876
 877   std::stringstream ss;
 878   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 879      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 880      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 881      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 882      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 883      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 884      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 885      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 886      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 887      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 888      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 889      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 890      << " King safety | " << Term(KING)
 891      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 892      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 893      << "       Space | " << Term(SPACE)
 894      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 895      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 896      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 897
 898   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 899
 900   return ss.str();
 901 }