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   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  80
  81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  82     QueenSide ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  85   };
  86
  87   // Threshold for lazy and space evaluation
  88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
  89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
  90
  91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
  92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
  93
  94   // Penalties for enemy's safe checks
  95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
  96   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
  98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
  99
 100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 101
 102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
 105     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(18, 7), S(44, 20) };
 131
 132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 134   // pawn-defended are not considered.
 135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(62, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // Assorted bonuses and penalties
 155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
 157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 158   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 159   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 163   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 164   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 171   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
 172   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
 174
 175 #undef S
 176
 177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 178   template<Tracing T>
 179   class Evaluation {
 180
 181   public:
 182     Evaluation() = delete;
 183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 185     Value value();
 186
 187   private:
 188     template<Color Us> void initialize();
 189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 190     template<Color Us> Score king() const;
 191     template<Color Us> Score threats() const;
 192     template<Color Us> Score passed() const;
 193     template<Color Us> Score space() const;
 194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 195     Score initiative(Value eg) const;
 196
 197     const Position& pos;
 198     Material::Entry* me;
 199     Pawns::Entry* pe;
 200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 202
 203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 205     // is also calculated is ALL_PIECES.
 206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 207
 208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 212
 213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 216     // and h6.
 217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 218
 219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 226     // the KingAttackWeights array.
 227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 228
 229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 233     // to kingAttacksCount[WHITE].
 234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 235   };
 236
 237
 238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 240   template<Tracing T> template<Color Us>
 241   void Evaluation<T>::initialize() {
 242
 243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 247
 248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 250
 251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 252     // are excluded from the mobility area.
 253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 254
 255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 260
 261     // Init our king safety tables
 262     kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 263     if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 264         kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 265
 266     if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 267         kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 268
 269     else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 270         kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 271
 272     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 273     kingRing[Us] &= ~double_pawn_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 274     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 275   }
 276
 277
 278   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 279   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 280   Score Evaluation<T>::pieces() {
 281
 282     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 283     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 284     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 285                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 286     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 287
 288     Bitboard b, bb;
 289     Square s;
 290     Score score = SCORE_ZERO;
 291
 292     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 293
 294     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 295     {
 296         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 297         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 298           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 299                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 300
 301         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 302             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 303
 304         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 305         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 306         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 307
 308         if (b & kingRing[Them])
 309         {
 310             kingAttackersCount[Us]++;
 311             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 312             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 313         }
 314
 315         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 316
 317         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 318
 319         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 320         {
 321             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 322             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 323             if (bb & s)
 324                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 325
 326             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 327                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 328
 329             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 330             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 331                 score += MinorBehindPawn;
 332
 333             // Penalty if the piece is far from the king
 334             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 335
 336             if (Pt == BISHOP)
 337             {
 338                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 339                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 340                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 341
 342                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 343                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 344
 345                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 346                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 347                     score += LongDiagonalBishop;
 348             }
 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 (   Pt == BISHOP
 354                 && pos.is_chess960()
 355                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 356             {
 357                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 358                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 359                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 360                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 361                                                                               : CorneredBishop;
 362             }
 363         }
 364
 365         if (Pt == ROOK)
 366         {
 367             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 368             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 369                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 370
 371             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 372             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 373                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(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     }
 392     if (T)
 393         Trace::add(Pt, Us, score);
 394
 395     return score;
 396   }
 397
 398
 399   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 400   template<Tracing T> template<Color Us>
 401   Score Evaluation<T>::king() const {
 402
 403     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 404     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 405                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 406
 407     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 408     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 409
 410     // King shelter and enemy pawns storm
 411     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 412
 413     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 414     // which are attacked twice in that flank.
 415     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 416     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 417     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 418
 419     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 420
 421     // Main king safety evaluation
 422     int kingDanger = 0;
 423     unsafeChecks = 0;
 424
 425     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 426     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 427           & ~attackedBy2[Us]
 428           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 429
 430     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 431     safe  = ~pos.pieces(Them);
 432     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 433
 434     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 435     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 436
 437     // Enemy rooks checks
 438     Bitboard RookCheck =  b1
 439                         & safe
 440                         & attackedBy[Them][ROOK];
 441
 442     if (RookCheck)
 443         kingDanger += RookSafeCheck;
 444     else
 445         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 446
 447     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 448     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 449     Bitboard QueenCheck =  (b1 | b2)
 450                          & attackedBy[Them][QUEEN]
 451                          & safe
 452                          & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 453                          & ~RookCheck;
 454
 455     if (QueenCheck)
 456         kingDanger += QueenSafeCheck;
 457
 458     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 459     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 460     Bitboard BishopCheck =  b2
 461                           & attackedBy[Them][BISHOP]
 462                           & safe
 463                           & ~QueenCheck;
 464
 465     if (BishopCheck)
 466         kingDanger += BishopSafeCheck;
 467     else
 468         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 469
 470     // Enemy knights checks
 471     b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 472
 473     if (b & safe)
 474         kingDanger += KnightSafeCheck;
 475     else
 476         unsafeChecks |= b;
 477
 478     // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 479     // the square is in the attacker's mobility area.
 480     unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 481
 482     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 483                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 484                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 485                  + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 486                  +   5 * tropism * tropism / 16
 487                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 488                  -   6 * mg_value(score) / 8
 489                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 490                  -   30;
 491
 492     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 493     if (kingDanger > 0)
 494         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 495
 496     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 497     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 498         score -= PawnlessFlank;
 499
 500     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 501     score -= CloseEnemies * tropism;
 502
 503     if (T)
 504         Trace::add(KING, Us, score);
 505
 506     return score;
 507   }
 508
 509
 510   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 511   // attacking and the attacked pieces.
 512   template<Tracing T> template<Color Us>
 513   Score Evaluation<T>::threats() const {
 514
 515     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 516     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 517     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 518
 519     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe, restricted;
 520     Score score = SCORE_ZERO;
 521
 522     // Non-pawn enemies
 523     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 524
 525     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 526     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 527     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 528                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 529
 530     // Non-pawn enemies, strongly protected
 531     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 532
 533     // Enemies not strongly protected and under our attack
 534     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 535
 536     // Safe or protected squares
 537     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 538
 539     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 540     if (defended | weak)
 541     {
 542         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 543         while (b)
 544         {
 545             Square s = pop_lsb(&b);
 546             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 547             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 548                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 549         }
 550
 551         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 552         while (b)
 553         {
 554             Square s = pop_lsb(&b);
 555             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 556             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 557                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 558         }
 559
 560         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 561             score += ThreatByKing;
 562
 563         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 564            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 565         score += Hanging * popcount(weak & b);
 566     }
 567
 568     // Bonus for restricting their piece moves
 569     restricted =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 570                 & ~stronglyProtected
 571                 &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 572     score += RestrictedPiece * popcount(restricted);
 573
 574     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 575     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 576         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 577
 578     // Find squares where our pawns can push on the next move
 579     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 580     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 581
 582     // Keep only the squares which are relatively safe
 583     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 584
 585     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 586     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 587     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 588
 589     // Our safe or protected pawns
 590     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 591
 592     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 593     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 594
 595     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 596     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 597     {
 598         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 599         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 600
 601         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 602
 603         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 604
 605         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 606            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 607
 608         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 609     }
 610
 611     if (T)
 612         Trace::add(THREAT, Us, score);
 613
 614     return score;
 615   }
 616
 617   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 618   // pawns of the given color.
 619
 620   template<Tracing T> template<Color Us>
 621   Score Evaluation<T>::passed() const {
 622
 623     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 624     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 625
 626     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 627       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 628     };
 629
 630     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 631     Score score = SCORE_ZERO;
 632
 633     b = pe->passed_pawns(Us);
 634
 635     while (b)
 636     {
 637         Square s = pop_lsb(&b);
 638
 639         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 640
 641         int r = relative_rank(Us, s);
 642
 643         Score bonus = PassedRank[r];
 644
 645         if (r > RANK_3)
 646         {
 647             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 648             Square blockSq = s + Up;
 649
 650             // Adjust bonus based on the king's proximity
 651             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 652                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 653
 654             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 655             if (r != RANK_7)
 656                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 657
 658             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 659             if (pos.empty(blockSq))
 660             {
 661                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 662                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 663                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 664                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 665
 666                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 667
 668                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 669                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 670
 671                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 672                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 673
 674                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 675                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 676                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 677
 678                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 679                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 680                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 681                     k += 6;
 682
 683                 else if (defendedSquares & blockSq)
 684                     k += 4;
 685
 686                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 687             }
 688         } // rank > RANK_3
 689
 690         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 691         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 692         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 693             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 694             bonus = bonus / 2;
 695
 696         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 697     }
 698
 699     if (T)
 700         Trace::add(PASSED, Us, score);
 701
 702     return score;
 703   }
 704
 705
 706   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 707   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 708   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 709   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 710   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 711   // improve play on game opening.
 712
 713   template<Tracing T> template<Color Us>
 714   Score Evaluation<T>::space() const {
 715
 716     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 717         return SCORE_ZERO;
 718
 719     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 720     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 721     constexpr Bitboard SpaceMask =
 722       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 723                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 724
 725     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 726     Bitboard safe =   SpaceMask
 727                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 728                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 729
 730     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 731     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 732     behind |= shift<Down>(behind);
 733     behind |= shift<Down>(shift<Down>(behind));
 734
 735     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 736     int weight =  pos.count<ALL_PIECES>(Us)
 737                 - 2 * popcount(pe->semiopenFiles[WHITE] & pe->semiopenFiles[BLACK]);
 738
 739     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 740
 741     if (T)
 742         Trace::add(SPACE, Us, score);
 743
 744     return score;
 745   }
 746
 747
 748   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 749   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 750   // known attacking/defending status of the players.
 751
 752   template<Tracing T>
 753   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 754
 755     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 756                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 757
 758     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 759                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 760
 761     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 762     int complexity =   9 * pe->pawn_asymmetry()
 763                     + 11 * pos.count<PAWN>()
 764                     +  9 * outflanking
 765                     + 18 * pawnsOnBothFlanks
 766                     + 49 * !pos.non_pawn_material()
 767                     -121 ;
 768
 769     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 770     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 771     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 772     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 773
 774     if (T)
 775         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 776
 777     return make_score(0, v);
 778   }
 779
 780
 781   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 782
 783   template<Tracing T>
 784   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 785
 786     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 787     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 788
 789     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 790     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 791     {
 792         if (   pos.opposite_bishops()
 793             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 794             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 795             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 796         else
 797             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 798
 799     }
 800
 801     return ScaleFactor(sf);
 802   }
 803
 804
 805   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 806   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 807   // of view of the side to move.
 808
 809   template<Tracing T>
 810   Value Evaluation<T>::value() {
 811
 812     assert(!pos.checkers());
 813
 814     // Probe the material hash table
 815     me = Material::probe(pos);
 816
 817     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 818     // configuration, call it and return.
 819     if (me->specialized_eval_exists())
 820         return me->evaluate(pos);
 821
 822     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 823     // the position object (material + piece square tables) and the material
 824     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 825     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 826
 827     // Probe the pawn hash table
 828     pe = Pawns::probe(pos);
 829     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 830
 831     // Early exit if score is high
 832     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 833     if (abs(v) > LazyThreshold)
 834        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 835
 836     // Main evaluation begins here
 837
 838     initialize<WHITE>();
 839     initialize<BLACK>();
 840
 841     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 842     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 843             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 844             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 845             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 846
 847     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 848
 849     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 850             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 851             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 852             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 853
 854     score += initiative(eg_value(score));
 855
 856     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 857     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 858     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 859        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 860
 861     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 862
 863     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 864     if (T)
 865     {
 866         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 867         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 868         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 869         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 870         Trace::add(TOTAL, score);
 871     }
 872
 873     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 874            + Eval::Tempo;
 875   }
 876
 877 } // namespace
 878
 879
 880 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 881 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 882
 883 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 884   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 885 }
 886
 887
 888 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 889 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 890 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 891
 892 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 893
 894   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 895
 896   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 897
 898   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 899
 900   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 901
 902   std::stringstream ss;
 903   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 904      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 905      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 906      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 907      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 908      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 909      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 910      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 911      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 912      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 913      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 914      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 915      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 916      << " King safety | " << Term(KING)
 917      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 918      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 919      << "       Space | " << Term(SPACE)
 920      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 921      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 922
 923   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 924
 925   return ss.str();
 926 }