]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
Simplify away QueenContactChecks
[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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 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
32 namespace {
33
34   namespace Trace {
35
36     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
37       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERM_NB
38     };
39
40     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
41
42     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
43
44     void add(int idx, Color c, Score s) {
45       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
46       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
47     }
48
49     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
51     }
52
53     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
54
55       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == TOTAL)
56           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
57       else
58           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
59              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
60              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
61              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
62
63       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
64          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
65
66       return os;
67     }
68   }
69
70   using namespace Trace;
71
72   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
73   // by the evaluation functions.
74   struct EvalInfo {
75
76     Material::Entry* me;
77     Pawns::Entry* pe;
78     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
79
80     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
81     // attacked by a given color and piece type (can be also ALL_PIECES).
82     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
83
84     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
85     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
86     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
87     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
88
89     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
90     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
91     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
92     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
93     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
94     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
95     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
96
97     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
98     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
99     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
100
101     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
102     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
103     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
104     // KingAttackWeights array.
105     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
106
107     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
108     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
109     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
110     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
111     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
112     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
113   };
114
115   #define V(v) Value(v)
116   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
117
118   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end game,
119   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
120   const Score MobilityBonus[][32] = {
121     {}, {},
122     { S(-75,-76), S(-56,-54), S( -9,-26), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 15, 11), // Knights
123       S( 22, 26), S( 30, 28), S( 36, 29) },
124     { S(-48,-58), S(-21,-19), S( 16, -2), S( 26, 12), S( 37, 22), S( 51, 42), // Bishops
125       S( 54, 54), S( 63, 58), S( 65, 63), S( 71, 70), S( 79, 74), S( 81, 86),
126       S( 92, 90), S( 97, 94) },
127     { S(-56,-78), S(-25,-18), S(-11, 26), S( -5, 55), S( -4, 70), S( -1, 81), // Rooks
128       S(  8,109), S( 14,120), S( 21,128), S( 23,143), S( 31,154), S( 32,160),
129       S( 43,165), S( 49,168), S( 59,169) },
130     { S(-40,-35), S(-25,-12), S(  2,  7), S(  4, 19), S( 14, 37), S( 24, 55), // Queens
131       S( 25, 62), S( 40, 76), S( 43, 79), S( 47, 87), S( 54, 94), S( 56,102),
132       S( 60,111), S( 70,116), S( 72,118), S( 73,122), S( 75,128), S( 77,130),
133       S( 85,133), S( 94,136), S( 99,140), S(108,157), S(112,158), S(113,161),
134       S(118,174), S(119,177), S(123,191), S(128,199) }
135   };
136
137   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
138   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
139   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
140   // then score is doubled.
141   const Score Outpost[][2] = {
142     { S(22, 6), S(33, 9) }, // Knight
143     { S( 9, 2), S(14, 4) }  // Bishop
144   };
145
146   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
147   // friendly pawn on the rook file.
148   const Score RookOnFile[2] = { S(20, 7), S(45, 20) };
149
150   // ThreatBySafePawn[PieceType] contains bonuses according to which piece
151   // type is attacked by a pawn which is protected or is not attacked.
152   const Score ThreatBySafePawn[PIECE_TYPE_NB] = {
153     S(0, 0), S(0, 0), S(176, 139), S(131, 127), S(217, 218), S(203, 215)
154   };
155
156   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
157   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
158   // pawn-defended are not considered.
159   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
160     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
161   };
162
163   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
164     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S( 0, 34), S(35, 48)
165   };
166
167   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
168   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
169   const Score ThreatByKing[2] = { S(3, 62), S(9, 138) };
170
171   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
172   // We don't use a Score because we process the two components independently.
173   const Value Passed[][RANK_NB] = {
174     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
175     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
176   };
177
178   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
179   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
180     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
181     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
182   };
183
184   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
185   const Score MinorBehindPawn     = S(16,  0);
186   const Score BishopPawns         = S( 8, 12);
187   const Score RookOnPawn          = S( 8, 24);
188   const Score TrappedRook         = S(92,  0);
189   const Score WeakQueen           = S(50, 10);
190   const Score OtherCheck          = S(10, 10);
191   const Score CloseEnemies        = S( 7,  0);
192   const Score PawnlessFlank       = S(20, 80);
193   const Score LooseEnemies        = S( 0, 25);
194   const Score ThreatByHangingPawn = S(71, 61);
195   const Score ThreatByRank        = S(16,  3);
196   const Score Hanging             = S(48, 27);
197   const Score ThreatByPawnPush    = S(38, 22);
198   const Score HinderPassedPawn    = S( 7,  0);
199
200   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
201   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
202   // happen in Chess960 games.
203   const Score TrappedBishopA1H1 = S(50, 50);
204
205   #undef S
206   #undef V
207
208   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
209   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
210
211   // Penalties for enemy's safe checks
212   const int QueenCheck        = 745;
213   const int RookCheck         = 688;
214   const int BishopCheck       = 588;
215   const int KnightCheck       = 924;
216
217   // Threshold for lazy evaluation
218   const Value LazyThreshold = Value(1500);
219
220   // eval_init() initializes king and attack bitboards for a given color
221   // adding pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
222
223   template<Color Us>
224   void eval_init(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
225
226     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
227     const Square Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
228     const Square Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
229     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
230
231     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
232     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
233
234     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
235     // are excluded from the mobility area.
236     ei.mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | ei.pe->pawn_attacks(Them));
237
238     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
239     b = ei.attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
240     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pe->pawn_attacks(Us);
241
242     ei.attackedBy2[Us]            = b & ei.attackedBy[Us][PAWN];
243     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | ei.attackedBy[Us][PAWN];
244
245     // Init our king safety tables only if we are going to use them
246     if (pos.non_pawn_material(Them) >= QueenValueMg)
247     {
248         ei.kingRing[Us] = b | shift<Up>(b);
249         ei.kingAttackersCount[Them] = popcount(b & ei.pe->pawn_attacks(Them));
250         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = ei.kingAttackersWeight[Them] = 0;
251     }
252     else
253         ei.kingRing[Us] = ei.kingAttackersCount[Them] = 0;
254   }
255
256
257   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
258   // color and type.
259
260   template<bool DoTrace, Color Us = WHITE, PieceType Pt = KNIGHT>
261   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
262
263     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
264     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
265     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
266                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
267     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
268
269     Bitboard b, bb;
270     Square s;
271     Score score = SCORE_ZERO;
272
273     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
274
275     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
276     {
277         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
278         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
279           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
280                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
281
282         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
283             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
284
285         ei.attackedBy2[Us] |= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
286         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
287
288         if (b & ei.kingRing[Them])
289         {
290             ei.kingAttackersCount[Us]++;
291             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
292             ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & ei.attackedBy[Them][KING]);
293         }
294
295         if (Pt == QUEEN)
296             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
297                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
298                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
299
300         int mob = popcount(b & ei.mobilityArea[Us]);
301
302         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
303
304         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
305         {
306             // Bonus for outpost squares
307             bb = OutpostRanks & ~ei.pe->pawn_attacks_span(Them);
308             if (bb & s)
309                 score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
310             else
311             {
312                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
313                 if (bb)
314                    score += Outpost[Pt == BISHOP][!!(ei.attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
315             }
316
317             // Bonus when behind a pawn
318             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
319                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
320                 score += MinorBehindPawn;
321
322             // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
323             if (Pt == BISHOP)
324                 score -= BishopPawns * ei.pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
325
326             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
327             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
328             // when that pawn is also blocked.
329             if (   Pt == BISHOP
330                 && pos.is_chess960()
331                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
332             {
333                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
334                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
335                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
336                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
337                                                                               : TrappedBishopA1H1;
338             }
339         }
340
341         if (Pt == ROOK)
342         {
343             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
344             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
345                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
346
347             // Bonus when on an open or semi-open file
348             if (ei.pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
349                 score += RookOnFile[!!ei.pe->semiopen_file(Them, file_of(s))];
350
351             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
352             else if (mob <= 3)
353             {
354                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
355
356                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
357                     && !ei.pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
358                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
359             }
360         }
361
362         if (Pt == QUEEN)
363         {
364             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
365             Bitboard pinners;
366             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
367                 score -= WeakQueen;
368         }
369     }
370
371     if (DoTrace)
372         Trace::add(Pt, Us, score);
373
374     // Recursively call evaluate_pieces() of next piece type until KING is excluded
375     return score - evaluate_pieces<DoTrace, Them, NextPt>(pos, ei, mobility);
376   }
377
378   template<>
379   Score evaluate_pieces<false, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
380   template<>
381   Score evaluate_pieces< true, WHITE, KING>(const Position&, EvalInfo&, Score*) { return SCORE_ZERO; }
382
383
384   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
385
386   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
387
388   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
389     CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles >> 2, CenterFiles, CenterFiles,
390     CenterFiles << 2, CenterFiles << 2, CenterFiles << 2
391   };
392
393   template<Color Us, bool DoTrace>
394   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
395
396     const Color Them    = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
397     const Square Up     = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
398     const Bitboard Camp = (Us == WHITE ? ~Bitboard(0) ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
399                                        : ~Bitboard(0) ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
400
401     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
402     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe, other;
403     int kingDanger;
404
405     // King shelter and enemy pawns storm
406     Score score = ei.pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
407
408     // Main king safety evaluation
409     if (ei.kingAttackersCount[Them])
410     {
411         // Find the attacked squares which are defended only by our king...
412         undefended =   ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
413                     &  ei.attackedBy[Us][KING]
414                     & ~ei.attackedBy2[Us];
415
416         // ... and those which are not defended at all in the larger king ring
417         b =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]
418            & ei.kingRing[Us] & ~pos.pieces(Them);
419
420         // Initialize the 'kingDanger' variable, which will be transformed
421         // later into a king danger score. The initial value is based on the
422         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
423         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
424         // the pawn shelter (current 'score' value).
425         kingDanger =  std::min(807, ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them])
426                     + 101 * ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
427                     + 235 * popcount(undefended)
428                     + 134 * (popcount(b) + !!pos.pinned_pieces(Us))
429                     - 717 * !pos.count<QUEEN>(Them)
430                     -   7 * mg_value(score) / 5 - 5;
431
432         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
433         safe  = ~pos.pieces(Them);
434         safe &= ~ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (undefended & ei.attackedBy2[Them]);
435
436         b1 = pos.attacks_from<ROOK  >(ksq);
437         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq);
438
439         // Enemy queen safe checks
440         if ((b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & safe)
441             kingDanger += QueenCheck;
442
443         // For minors and rooks, also consider the square safe if attacked twice,
444         // and only defended by our queen.
445         safe |=  ei.attackedBy2[Them]
446                & ~(ei.attackedBy2[Us] | pos.pieces(Them))
447                & ei.attackedBy[Us][QUEEN];
448
449         // Some other potential checks are also analysed, even from squares
450         // currently occupied by the opponent own pieces, as long as the square
451         // is not attacked by our pawns, and is not occupied by a blocked pawn.
452         other = ~(   ei.attackedBy[Us][PAWN]
453                   | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
454
455         // Enemy rooks safe and other checks
456         if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & safe)
457             kingDanger += RookCheck;
458
459         else if (b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK] & other)
460             score -= OtherCheck;
461
462         // Enemy bishops safe and other checks
463         if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & safe)
464             kingDanger += BishopCheck;
465
466         else if (b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP] & other)
467             score -= OtherCheck;
468
469         // Enemy knights safe and other checks
470         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT];
471         if (b & safe)
472             kingDanger += KnightCheck;
473
474         else if (b & other)
475             score -= OtherCheck;
476
477         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
478         if (kingDanger > 0)
479             score -= make_score(std::min(kingDanger * kingDanger / 4096,  2 * int(BishopValueMg)), 0);
480     }
481
482     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
483     File kf = file_of(ksq);
484     b = ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
485
486     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
487     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
488
489     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
490     // which are not defended by our pawns.
491     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
492        | (b & ei.attackedBy2[Them] & ~ei.attackedBy[Us][PAWN]);
493
494     score -= CloseEnemies * popcount(b);
495
496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
497     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
498         score -= PawnlessFlank;
499
500     if (DoTrace)
501         Trace::add(KING, Us, score);
502
503     return score;
504   }
505
506
507   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
508   // and the attacked pieces.
509
510   template<Color Us, bool DoTrace>
511   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
512
513     const Color Them        = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
514     const Square Up         = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
515     const Square Left       = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
516     const Square Right      = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
517     const Bitboard TRank2BB = (Us == WHITE ? Rank2BB    : Rank7BB);
518     const Bitboard TRank7BB = (Us == WHITE ? Rank7BB    : Rank2BB);
519
520     Bitboard b, weak, defended, safeThreats;
521     Score score = SCORE_ZERO;
522
523     // Small bonus if the opponent has loose pawns or pieces
524     if (   (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, QUEEN, KING))
525         & ~(ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]))
526         score += LooseEnemies;
527
528     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
529     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Us][PAWN];
530
531     if (weak)
532     {
533         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
534                                     | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
535
536         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
537
538         if (weak ^ safeThreats)
539             score += ThreatByHangingPawn;
540
541         while (safeThreats)
542             score += ThreatBySafePawn[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&safeThreats)))];
543     }
544
545     // Non-pawn enemies defended by a pawn
546     defended = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & ei.attackedBy[Them][PAWN];
547
548     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
549     weak =   pos.pieces(Them)
550           & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
551           &  ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
552
553     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
554     if (defended | weak)
555     {
556         b = (defended | weak) & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
557         while (b)
558         {
559             Square s = pop_lsb(&b);
560             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
561             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
562                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
563         }
564
565         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & ei.attackedBy[Us][ROOK];
566         while (b)
567         {
568             Square s = pop_lsb(&b);
569             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
570             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
571                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
572         }
573
574         score += Hanging * popcount(weak & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
575
576         b = weak & ei.attackedBy[Us][KING];
577         if (b)
578             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
579     }
580
581     // Bonus if some pawns can safely push and attack an enemy piece
582     b = pos.pieces(Us, PAWN) & ~TRank7BB;
583     b = shift<Up>(b | (shift<Up>(b & TRank2BB) & ~pos.pieces()));
584
585     b &=  ~pos.pieces()
586         & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
587         & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
588
589     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
590        &  pos.pieces(Them)
591        & ~ei.attackedBy[Us][PAWN];
592
593     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
594
595     if (DoTrace)
596         Trace::add(THREAT, Us, score);
597
598     return score;
599   }
600
601
602   // evaluate_passer_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
603   // pawns of the given color.
604
605   template<Color Us, bool DoTrace>
606   Score evaluate_passer_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
607
608     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
609
610     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
611     Score score = SCORE_ZERO;
612
613     b = ei.pe->passed_pawns(Us);
614
615     while (b)
616     {
617         Square s = pop_lsb(&b);
618
619         assert(!(pos.pieces(PAWN) & forward_bb(Us, s)));
620
621         bb = forward_bb(Us, s) & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
622         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
623
624         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
625         int rr = r * (r - 1);
626
627         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
628
629         if (rr)
630         {
631             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
632
633             // Adjust bonus based on the king's proximity
634             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
635                      - distance(pos.square<KING>(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
636
637             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
638             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
639                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
640
641             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
642             if (pos.empty(blockSq))
643             {
644                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
645                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
646                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
647                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
648
649                 bb = forward_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
650
651                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
652                     defendedSquares &= ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
653
654                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
655                     unsafeSquares &= ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
656
657                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
658                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
659                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
660
661                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
662                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
663                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
664                     k += 6;
665
666                 else if (defendedSquares & blockSq)
667                     k += 4;
668
669                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
670             }
671             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
672                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
673         } // rr != 0
674
675         // Assign a small bonus when the opponent has no pieces left
676         if (!pos.non_pawn_material(Them))
677             ebonus += 20;
678
679         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one pawn
680         // push to become passed.
681         if (!pos.pawn_passed(Us, s + pawn_push(Us)))
682             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
683
684         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
685     }
686
687     if (DoTrace)
688         Trace::add(PASSED, Us, score);
689
690     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
691     return score;
692   }
693
694
695   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
696   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
697   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
698   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
699   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
700   // improve play on game opening.
701   template<Color Us>
702   Score evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
703
704     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
705     const Bitboard SpaceMask =
706       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
707                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
708
709     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
710     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
711     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
712     Bitboard safe =   SpaceMask
713                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
714                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
715                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
716
717     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
718     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
719     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
720     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
721
722     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
723     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
724
725     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
726     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
727     bonus = std::min(16, bonus);
728     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * ei.pe->open_files();
729
730     return make_score(bonus * weight * weight / 18, 0);
731   }
732
733
734   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
735   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
736   // status of the players.
737   Score evaluate_initiative(const Position& pos, int asymmetry, Value eg) {
738
739     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
740                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
741     int pawns = pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK);
742
743     // Compute the initiative bonus for the attacking side
744     int initiative = 8 * (asymmetry + kingDistance - 15) + 12 * pawns;
745
746     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
747     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
748     // that the endgame score will never be divided by more than two.
749     int value = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg / 2));
750
751     return make_score(0, value);
752   }
753
754
755   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
756   ScaleFactor evaluate_scale_factor(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value eg) {
757
758     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
759     ScaleFactor sf = ei.me->scale_factor(pos, strongSide);
760
761     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
762     // types of endgames, and use a lower scale for those.
763     if (    ei.me->game_phase() < PHASE_MIDGAME
764         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
765     {
766         if (pos.opposite_bishops())
767         {
768             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
769             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
770             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
771                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
772                 sf = more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
773
774             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
775             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
776             else
777                 sf = ScaleFactor(46);
778         }
779         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
780         // pawns are drawish.
781         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
782                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
783                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
784             sf = ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
785     }
786
787     return sf;
788   }
789
790 } // namespace
791
792
793 /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
794 /// of the position from the point of view of the side to move.
795
796 template<bool DoTrace>
797 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
798
799   assert(!pos.checkers());
800
801   Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
802   Value v;
803   EvalInfo ei;
804
805   // Probe the material hash table
806   ei.me = Material::probe(pos);
807
808   // If we have a specialized evaluation function for the current material
809   // configuration, call it and return.
810   if (ei.me->specialized_eval_exists())
811       return ei.me->evaluate(pos);
812
813   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
814   // the position object (material + piece square tables) and the material
815   // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
816   Score score = pos.psq_score() + ei.me->imbalance();
817
818   // Probe the pawn hash table
819   ei.pe = Pawns::probe(pos);
820   score += ei.pe->pawns_score();
821
822   // Early exit if score is high
823   v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
824   if (abs(v) > LazyThreshold)
825      return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
826
827   // Initialize attack and king safety bitboards
828   eval_init<WHITE>(pos, ei);
829   eval_init<BLACK>(pos, ei);
830
831   // Evaluate all pieces but king and pawns
832   score += evaluate_pieces<DoTrace>(pos, ei, mobility);
833   score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
834
835   // Evaluate kings after all other pieces because we need full attack
836   // information when computing the king safety evaluation.
837   score +=  evaluate_king<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
838           - evaluate_king<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
839
840   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
841   score +=  evaluate_threats<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
842           - evaluate_threats<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
843
844   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
845   score +=  evaluate_passer_pawns<WHITE, DoTrace>(pos, ei)
846           - evaluate_passer_pawns<BLACK, DoTrace>(pos, ei);
847
848   // Evaluate space for both sides, only during opening
849   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
850       score +=  evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
851               - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
852
853   // Evaluate position potential for the winning side
854   score += evaluate_initiative(pos, ei.pe->pawn_asymmetry(), eg_value(score));
855
856   // Evaluate scale factor for the winning side
857   ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(pos, ei, eg_value(score));
858
859   // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
860   v =  mg_value(score) * int(ei.me->game_phase())
861      + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
862
863   v /= int(PHASE_MIDGAME);
864
865   // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
866   if (DoTrace)
867   {
868       Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
869       Trace::add(IMBALANCE, ei.me->imbalance());
870       Trace::add(PAWN, ei.pe->pawns_score());
871       Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
872       if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 12222)
873           Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>(pos, ei)
874                           , evaluate_space<BLACK>(pos, ei));
875       Trace::add(TOTAL, score);
876   }
877
878   return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
879 }
880
881 // Explicit template instantiations
882 template Value Eval::evaluate<true >(const Position&);
883 template Value Eval::evaluate<false>(const Position&);
884
885
886 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
887 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
888 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
889
890 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
891
892   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
893
894   Value v = evaluate<true>(pos);
895   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
896
897   std::stringstream ss;
898   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
899      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
900      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
901      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
902      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
903      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
904      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
905      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
906      << "         Bishop | " << Term(BISHOP)
907      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
908      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
909      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
910      << "    King safety | " << Term(KING)
911      << "        Threats | " << Term(THREAT)
912      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
913      << "          Space | " << Term(SPACE)
914      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
915      << "          Total | " << Term(TOTAL);
916
917   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
918
919   return ss.str();
920 }