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[stockfish] / src / evaluate.cpp
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@@ -29,8 +29,6 @@
 #include "thread.h"
 #include "ucioption.h"
 
-Color EvalRootColor;
-
 namespace {
 
   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
@@ -38,8 +36,8 @@ namespace {
   struct EvalInfo {
 
     // Pointers to material and pawn hash table entries
-    MaterialInfo* mi;
-    PawnInfo* pi;
+    MaterialEntry* mi;
+    PawnEntry* pi;
 
     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][0] contains
@@ -169,6 +167,9 @@ namespace {
   // happen in Chess960 games.
   const Score TrappedBishopA1H1Penalty = make_score(100, 100);
 
+  // Penalty for BNR that is not defended by anything
+  const Score UndefendedPiecePenalty = make_score(25, 10);
+
   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
   // based on how many squares inside this area are safe and available for
@@ -221,8 +222,8 @@ namespace {
   std::stringstream TraceStream;
 
   enum TracedType {
-      PST = 8, IMBALANCE = 9, MOBILITY = 10, THREAT = 11,
-      PASSED = 12, UNSTOPPABLE = 13, SPACE = 14, TOTAL = 15
+    PST = 8, IMBALANCE = 9, MOBILITY = 10, THREAT = 11,
+    PASSED = 12, UNSTOPPABLE = 13, SPACE = 14, TOTAL = 15
   };
 
   // Function prototypes
@@ -249,41 +250,128 @@ namespace {
 
   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
 
-  inline Score apply_weight(Score v, Score weight);
-  Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
+  Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
   double to_cp(Value v);
   void trace_add(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
+  void trace_row(const char* name, int idx);
 }
 
 
-/// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
-/// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
-/// between them based on the remaining material.
-Value evaluate(const Position& pos, Value& margin) { return do_evaluate<false>(pos, margin); }
+namespace Eval {
+
+  Color RootColor;
+
+  /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
+  /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
+  /// between them based on the remaining material.
+
+  Value evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
+    return do_evaluate<false>(pos, margin);
+  }
+
+
+  /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
+  /// and setup king tables.
+
+  void init() {
+
+    Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Middle Game)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
+    Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Middle Game)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
+    Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
+    Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
+    Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
+
+    // King safety is asymmetrical. Our king danger level is weighted by
+    // "Cowardice" UCI parameter, instead the opponent one by "Aggressiveness".
+    // If running in analysis mode, make sure we use symmetrical king safety. We
+    // do this by replacing both Weights[kingDangerUs] and Weights[kingDangerThem]
+    // by their average.
+    if (Options["UCI_AnalyseMode"])
+        Weights[KingDangerUs] = Weights[KingDangerThem] = (Weights[KingDangerUs] + Weights[KingDangerThem]) / 2;
+
+    const int MaxSlope = 30;
+    const int Peak = 1280;
+
+    for (int t = 0, i = 1; i < 100; i++)
+    {
+        t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
+
+        KingDangerTable[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
+        KingDangerTable[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
+    }
+  }
+
+
+  /// trace() is like evaluate() but instead of a value returns a string suitable
+  /// to be print on stdout with the detailed descriptions and values of each
+  /// evaluation term. Used mainly for debugging.
+
+  std::string trace(const Position& pos) {
+
+    Value margin;
+    std::string totals;
+
+    RootColor = pos.side_to_move();
+
+    TraceStream.str("");
+    TraceStream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
+    memset(TracedScores, 0, 2 * 16 * sizeof(Score));
+
+    do_evaluate<true>(pos, margin);
+
+    totals = TraceStream.str();
+    TraceStream.str("");
+
+    TraceStream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
+                <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
+                <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
+
+    trace_row("Material, PST, Tempo", PST);
+    trace_row("Material imbalance", IMBALANCE);
+    trace_row("Pawns", PAWN);
+    trace_row("Knights", KNIGHT);
+    trace_row("Bishops", BISHOP);
+    trace_row("Rooks", ROOK);
+    trace_row("Queens", QUEEN);
+    trace_row("Mobility", MOBILITY);
+    trace_row("King safety", KING);
+    trace_row("Threats", THREAT);
+    trace_row("Passed pawns", PASSED);
+    trace_row("Unstoppable pawns", UNSTOPPABLE);
+    trace_row("Space", SPACE);
+
+    TraceStream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
+    trace_row("Total", TOTAL);
+    TraceStream << totals;
+
+    return TraceStream.str();
+  }
+
+} // namespace Eval
+
 
 namespace {
 
 template<bool Trace>
 Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
 
+  assert(!pos.in_check());
+
   EvalInfo ei;
   Value margins[2];
   Score score, mobilityWhite, mobilityBlack;
 
-  assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < MAX_THREADS);
-  assert(!pos.in_check());
-
   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
   // in the position object (material + piece square tables).
-  score = pos.value();
+  score = pos.psq_score();
 
   // margins[] store the uncertainty estimation of position's evaluation
   // that typically is used by the search for pruning decisions.
   margins[WHITE] = margins[BLACK] = VALUE_ZERO;
 
   // Probe the material hash table
-  ei.mi = Threads[pos.thread()].materialTable.material_info(pos);
+  ei.mi = pos.this_thread()->materialTable.probe(pos);
   score += ei.mi->material_value();
 
   // If we have a specialized evaluation function for the current material
@@ -295,7 +383,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   }
 
   // Probe the pawn hash table
-  ei.pi = Threads[pos.thread()].pawnTable.pawn_info(pos);
+  ei.pi = pos.this_thread()->pawnTable.probe(pos);
   score += ei.pi->pawns_value();
 
   // Initialize attack and king safety bitboards
@@ -339,7 +427,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
   if (   ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
-      && pos.opposite_colored_bishops()
+      && pos.opposite_bishops()
       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
   {
       // Only the two bishops ?
@@ -357,14 +445,13 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
            sf = ScaleFactor(50);
   }
 
-  // Interpolate between the middle game and the endgame score
   margin = margins[pos.side_to_move()];
-  Value v = scale_by_game_phase(score, ei.mi->game_phase(), sf);
+  Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
 
   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
   if (Trace)
   {
-      trace_add(PST, pos.value());
+      trace_add(PST, pos.psq_score());
       trace_add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
       trace_add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
       trace_add(MOBILITY, apply_weight(mobilityWhite, Weights[Mobility]), apply_weight(mobilityBlack, Weights[Mobility]));
@@ -387,49 +474,6 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 }
 
-} // namespace
-
-
-/// eval_init() reads evaluation weights from the corresponding UCI parameters
-/// and setup weights and tables.
-void eval_init() {
-
-  const Value MaxSlope = Value(30);
-  const Value Peak = Value(1280);
-  Value t[100];
-
-  // King safety is asymmetrical. Our king danger level is weighted by
-  // "Cowardice" UCI parameter, instead the opponent one by "Aggressiveness".
-  Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Middle Game)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
-  Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Middle Game)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
-  Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
-  Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
-  Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
-
-  // If running in analysis mode, make sure we use symmetrical king safety. We do this
-  // by replacing both Weights[kingDangerUs] and Weights[kingDangerThem] by their average.
-  if (Options["UCI_AnalyseMode"])
-      Weights[KingDangerUs] = Weights[KingDangerThem] = (Weights[KingDangerUs] + Weights[KingDangerThem]) / 2;
-
-  // First setup the base table
-  for (int i = 0; i < 100; i++)
-  {
-      t[i] = Value(int(0.4 * i * i));
-
-      if (i > 0)
-          t[i] = std::min(t[i], t[i - 1] + MaxSlope);
-
-      t[i] = std::min(t[i], Peak);
-  }
-
-  // Then apply the weights and get the final KingDangerTable[] array
-  for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-      for (int i = 0; i < 100; i++)
-          KingDangerTable[c == WHITE][i] = apply_weight(make_score(t[i], 0), Weights[KingDangerUs + c]);
-}
-
-
-namespace {
 
   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
@@ -503,9 +547,9 @@ namespace {
         if (Piece == KNIGHT || Piece == QUEEN)
             b = pos.attacks_from<Piece>(s);
         else if (Piece == BISHOP)
-            b = attacks_bb<BISHOP>(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(QUEEN, Us));
+            b = attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN, Us));
         else if (Piece == ROOK)
-            b = attacks_bb<ROOK>(s, pos.occupied_squares() & ~pos.pieces(ROOK, QUEEN, Us));
+            b = attacks_bb<ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(ROOK, QUEEN, Us));
         else
             assert(false);
 
@@ -529,7 +573,7 @@ namespace {
         if (   (Piece == BISHOP || Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
             && (PseudoAttacks[Piece][pos.king_square(Them)] & s))
         {
-            b = BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.occupied_squares();
+            b = BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.pieces();
 
             assert(b);
 
@@ -566,7 +610,7 @@ namespace {
                 Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
                 {
-                    if (!pos.square_is_empty(s + d + pawn_push(Us)))
+                    if (!pos.square_empty(s + d + pawn_push(Us)))
                         score -= 2*TrappedBishopA1H1Penalty;
                     else if (pos.piece_on(s + 2*d) == make_piece(Us, PAWN))
                         score -= TrappedBishopA1H1Penalty;
@@ -632,15 +676,26 @@ namespace {
 
     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
-    Bitboard b;
+    Bitboard b, undefended, undefendedMinors, weakEnemies;
     Score score = SCORE_ZERO;
 
+    // Undefended pieces get penalized even if not under attack
+    undefended = pos.pieces(Them) & ~ei.attackedBy[Them][0];
+    undefendedMinors = undefended & (pos.pieces(BISHOP) | pos.pieces(KNIGHT));
+
+    if (undefendedMinors)
+        score += single_bit(undefendedMinors) ? UndefendedPiecePenalty
+                                              : UndefendedPiecePenalty * 2;
+    if (undefended & pos.pieces(ROOK))
+        score += UndefendedPiecePenalty;
+
     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
-    Bitboard weakEnemies =  pos.pieces(Them)
-                          & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
-                          & ei.attackedBy[Us][0];
+    weakEnemies =  pos.pieces(Them)
+                 & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
+                 & ei.attackedBy[Us][0];
+
     if (!weakEnemies)
-        return SCORE_ZERO;
+        return score;
 
     // Add bonus according to type of attacked enemy piece and to the
     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
@@ -694,8 +749,8 @@ namespace {
     int attackUnits;
     const Square ksq = pos.king_square(Us);
 
-    // King shelter
-    Score score = ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq);
+    // King shelter and enemy pawns storm
+    Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
 
     // King safety. This is quite complicated, and is almost certainly far
     // from optimally tuned.
@@ -717,7 +772,7 @@ namespace {
         attackUnits =  std::min(25, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
                      + InitKingDanger[relative_square(Us, ksq)]
-                     - mg_value(ei.pi->king_shelter<Us>(pos, ksq)) / 32;
+                     - mg_value(ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq)) / 32;
 
         // Analyse enemy's safe queen contact checks. First find undefended
         // squares around the king attacked by enemy queen...
@@ -785,8 +840,8 @@ namespace {
         // value that will be used for pruning because this value can sometimes
         // be very big, and so capturing a single attacking piece can therefore
         // result in a score change far bigger than the value of the captured piece.
-        score -= KingDangerTable[Us == EvalRootColor][attackUnits];
-        margins[Us] += mg_value(KingDangerTable[Us == EvalRootColor][attackUnits]);
+        score -= KingDangerTable[Us == Eval::RootColor][attackUnits];
+        margins[Us] += mg_value(KingDangerTable[Us == Eval::RootColor][attackUnits]);
     }
 
     if (Trace)
@@ -836,7 +891,7 @@ namespace {
                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
 
             // If the pawn is free to advance, increase bonus
-            if (pos.square_is_empty(blockSq))
+            if (pos.square_empty(blockSq))
             {
                 squaresToQueen = squares_in_front_of(Us, s);
                 defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][0];
@@ -933,7 +988,7 @@ namespace {
             // Opponent king cannot block because path is defended and position
             // is not in check. So only friendly pieces can be blockers.
             assert(!pos.in_check());
-            assert((queeningPath & pos.occupied_squares()) == (queeningPath & pos.pieces(c)));
+            assert((queeningPath & pos.pieces()) == (queeningPath & pos.pieces(c)));
 
             // Add moves needed to free the path from friendly pieces and retest condition
             movesToGo += popcount<Max15>(queeningPath & pos.pieces(c));
@@ -1083,18 +1138,10 @@ namespace {
   }
 
 
-  // apply_weight() applies an evaluation weight to a value trying to prevent overflow
-
-  inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
-    return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
-                      (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
-  }
-
-
-  // scale_by_game_phase() interpolates between a middle game and an endgame score,
+  // interpolate() interpolates between a middle game and an endgame score,
   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
 
-  Value scale_by_game_phase(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
+  Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
 
     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
@@ -1126,14 +1173,15 @@ namespace {
 
   void trace_add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
 
-      TracedScores[WHITE][idx] = wScore;
-      TracedScores[BLACK][idx] = bScore;
+    TracedScores[WHITE][idx] = wScore;
+    TracedScores[BLACK][idx] = bScore;
   }
 
+
   // trace_row() is an helper function used by tracing code to register the
   // values of a single evaluation term.
 
-  void trace_row(const char *name, int idx) {
+  void trace_row(const charname, int idx) {
 
     Score wScore = TracedScores[WHITE][idx];
     Score bScore = TracedScores[BLACK][idx];
@@ -1156,47 +1204,3 @@ namespace {
     }
   }
 }
-
-
-/// trace_evaluate() is like evaluate() but instead of a value returns a string
-/// suitable to be print on stdout with the detailed descriptions and values of
-/// each evaluation term. Used mainly for debugging.
-
-std::string trace_evaluate(const Position& pos) {
-
-    Value margin;
-    std::string totals;
-
-    TraceStream.str("");
-    TraceStream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
-    memset(TracedScores, 0, 2 * 16 * sizeof(Score));
-
-    do_evaluate<true>(pos, margin);
-
-    totals = TraceStream.str();
-    TraceStream.str("");
-
-    TraceStream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
-                <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
-                <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
-
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