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) 2015-2017 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   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  35   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  36   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  37   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  38
  39   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  40     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
  41   };
  42
  43   namespace Trace {
  44
  45     enum Tracing {NO_TRACE, TRACE};
  46
  47     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  48       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  49     };
  50
  51     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  52
  53     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  54
  55     void add(int idx, Color c, Score s) {
  56       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  57       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  58     }
  59
  60     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  61       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  62     }
  63
  64     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  65
  66       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  67           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  68       else
  69           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  70              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  71              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  72              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  73
  74       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  75          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  76
  77       return os;
  78     }
  79   }
  80
  81   using namespace Trace;
  82
  83   // Evaluation class contains various information computed and collected
  84   // by the evaluation functions.
  85   template<Tracing T = NO_TRACE>
  86   class Evaluation {
  87
  88   public:
  89     Evaluation() = delete;
  90     Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
  91     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
  92
  93     Value value();
  94
  95   private:
  96     // Evaluation helpers (used when calling value())
  97     template<Color Us> void initialize();
  98     template<Color Us> Score evaluate_king();
  99     template<Color Us> Score evaluate_threats();
 100     template<Color Us> Score evaluate_passed_pawns();
 101     template<Color Us> Score evaluate_space();
 102     template<Color Us, PieceType Pt> Score evaluate_pieces();
 103     ScaleFactor evaluate_scale_factor(Value eg);
 104     Score evaluate_initiative(Value eg);
 105
 106     // Data members
 107     const Position& pos;
 108     Material::Entry* me;
 109     Pawns::Entry* pe;
 110     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 111     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 112
 113     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 114     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which are
 115     // also calculated are QUEEN_DIAGONAL and ALL_PIECES.
 116     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 117
 118     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 119     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 120     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 121     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 122
 123     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
 124     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
 125     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
 126     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
 127     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
 128     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
 129     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 130
 131     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 132     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 133     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 134
 135     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
 136     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
 137     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 138     // KingAttackWeights array.
 139     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 140
 141     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 142     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 143     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 144     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 145     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 146     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 147   };
 148
 149   #define V(v) Value(v)
 150   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 151
 152   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 153   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 154   const Score MobilityBonus[][32] = {
 155     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 156       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 157     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 158       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 159       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 160     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 161       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 162       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 163     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 164       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 165       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 166       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 167       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 168   };
 169
 170   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 171   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
 172   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
 173   // then score is doubled.
 174   const Score Outpost[][2] = {
 175     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 176     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 177   };
 178
 179   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 180   // friendly pawn on the rook file.
 181   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 182
 183   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 184   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 185   // pawn-defended are not considered.
 186   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 187     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 188   };
 189
 190   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 191     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S(0, 34), S(35, 48)
 192   };
 193
 194   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 195   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 196   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 197
 198   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 199   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 200   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 201     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 202     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 203   };
 204
 205   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 206   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 207     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 208     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 209   };
 210
 211   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
 212   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
 213
 214   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 215   const Score MinorBehindPawn       = S( 16,  0);
 216   const Score BishopPawns           = S(  8, 12);
 217   const Score LongRangedBishop      = S( 22,  0);
 218   const Score RookOnPawn            = S(  8, 24);
 219   const Score TrappedRook           = S( 92,  0);
 220   const Score WeakQueen             = S( 50, 10);
 221   const Score CloseEnemies          = S(  7,  0);
 222   const Score PawnlessFlank         = S( 20, 80);
 223   const Score ThreatByHangingPawn   = S( 71, 61);
 224   const Score ThreatBySafePawn      = S(192,175);
 225   const Score ThreatByRank          = S( 16,  3);
 226   const Score Hanging               = S( 48, 27);
 227   const Score WeakUnopposedPawn     = S(  5, 25);
 228   const Score ThreatByPawnPush      = S( 38, 22);
 229   const Score ThreatByAttackOnQueen = S( 38, 22);
 230   const Score HinderPassedPawn      = S(  7,  0);
 231   const Score TrappedBishopA1H1     = S( 50, 50);
 232
 233   #undef S
 234   #undef V
 235
 236   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 237   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 238
 239   // Penalties for enemy's safe checks
 240   const int QueenSafeCheck  = 780;
 241   const int RookSafeCheck   = 880;
 242   const int BishopSafeCheck = 435;
 243   const int KnightSafeCheck = 790;
 244
 245   // Threshold for lazy and space evaluation
 246   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
 247   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
 248
 249
 250   // initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring bitboard
 251   // for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 252
 253   template<Tracing T> template<Color Us>
 254   void Evaluation<T>::initialize() {
 255
 256     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 257     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 258     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 259     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 260
 261     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
 262     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 263
 264     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
 265     // are excluded from the mobility area.
 266     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 267
 268     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
 269     b = attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 270     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 271
 272     attackedBy2[Us]            = b & attackedBy[Us][PAWN];
 273     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | attackedBy[Us][PAWN];
 274
 275     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 276     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 277     {
 278         kingRing[Us] = b;
 279         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 280             kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
 281
 282         kingAttackersCount[Them] = popcount(b & pe->pawn_attacks(Them));
 283         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 284     }
 285     else
 286         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 287   }
 288
 289
 290   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 291   // color and type.
 292
 293   template<Tracing T>  template<Color Us, PieceType Pt>
 294   Score Evaluation<T>::evaluate_pieces() {
 295
 296     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 297     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 298                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 299     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 300
 301     Bitboard b, bb;
 302     Square s;
 303     Score score = SCORE_ZERO;
 304
 305     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 306
 307     if (Pt == QUEEN)
 308         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
 309
 310     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 311     {
 312         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 313         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
 314           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 315                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 316
 317         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
 318             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 319
 320         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 321         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= attackedBy[Us][Pt] |= b;
 322
 323         if (Pt == QUEEN)
 324             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
 325
 326         if (b & kingRing[Them])
 327         {
 328             kingAttackersCount[Us]++;
 329             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 330             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 331         }
 332
 333         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 334
 335         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 336
 337         // Bonus for this piece as a king protector
 338         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 339
 340         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 341         {
 342             // Bonus for outpost squares
 343             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 344             if (bb & s)
 345                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 346             else
 347             {
 348                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 349                 if (bb)
 350                    score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 351             }
 352
 353             // Bonus when behind a pawn
 354             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 355                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 356                 score += MinorBehindPawn;
 357
 358             if (Pt == BISHOP)
 359             {
 360                 // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 361                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 362
 363                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 364                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 365                     score += LongRangedBishop;
 366             }
 367
 368             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 369             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 370             // when that pawn is also blocked.
 371             if (   Pt == BISHOP
 372                 && pos.is_chess960()
 373                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 374             {
 375                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 376                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 377                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 378                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 379                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 380             }
 381         }
 382
 383         if (Pt == ROOK)
 384         {
 385             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 386             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 387                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 388
 389             // Bonus when on an open or semi-open file
 390             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 391                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 392
 393             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 394             else if (mob <= 3)
 395             {
 396                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 397
 398                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 399                     && !pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 400                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 401             }
 402         }
 403
 404         if (Pt == QUEEN)
 405         {
 406             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 407             Bitboard pinners;
 408             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 409                 score -= WeakQueen;
 410         }
 411     }
 412
 413     if (T)
 414         Trace::add(Pt, Us, score);
 415
 416     return score;
 417   }
 418
 419
 420   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 421
 422   template<Tracing T>  template<Color Us>
 423   Score Evaluation<T>::evaluate_king() {
 424
 425     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 426     const Bitboard  Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 427                                         : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 428
 429     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 430     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 431
 432     // King shelter and enemy pawns storm
 433     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 434
 435     // Main king safety evaluation
 436     if (kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
 437     {
 438         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 439         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 440               & ~attackedBy2[Us]
 441               & (attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN] | ~attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 442
 443         int kingDanger = unsafeChecks = 0;
 444
 445         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 446         safe  = ~pos.pieces(Them);
 447         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 448
 449         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 450         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 451
 452         // Enemy queen safe checks
 453         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 454             kingDanger += QueenSafeCheck;
 455
 456         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 457         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 458
 459         // Enemy rooks checks
 460         if (b1 & safe)
 461             kingDanger += RookSafeCheck;
 462         else
 463             unsafeChecks |= b1;
 464
 465         // Enemy bishops checks
 466         if (b2 & safe)
 467             kingDanger += BishopSafeCheck;
 468         else
 469             unsafeChecks |= b2;
 470
 471         // Enemy knights checks
 472         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 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                      + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 484                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 485                      + 143 * popcount(pos.pinned_pieces(Us) | unsafeChecks)
 486                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 487                      -   9 * mg_value(score) / 8
 488                      +  40;
 489
 490         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
 491         if (kingDanger > 0)
 492             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 493     }
 494
 495     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 496     File kf = file_of(ksq);
 497     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 498
 499     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 500     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 501
 502     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 503     // which are not defended by our pawns.
 504     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 505        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
 506
 507     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 508
 509     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 510     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 511         score -= PawnlessFlank;
 512
 513     if (T)
 514         Trace::add(KING, Us, score);
 515
 516     return score;
 517   }
 518
 519
 520   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 521   // and the attacked pieces.
 522
 523   template<Tracing T>  template<Color Us>
 524   Score Evaluation<T>::evaluate_threats() {
 525
 526     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 527     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 528     const Direction Left     = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 529     const Direction Right    = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 530     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
 531
 532     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
 533     Score score = SCORE_ZERO;
 534
 535     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 536     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & attackedBy[Us][PAWN];
 537
 538     if (weak)
 539     {
 540         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 541                                     | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 542
 543         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 544
 545         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 546
 547         if (weak ^ safeThreats)
 548             score += ThreatByHangingPawn;
 549     }
 550
 551     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
 552     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
 553     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 554                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 555
 556     // Non-pawn enemies, strongly protected
 557     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
 558               & stronglyProtected;
 559
 560     // Enemies not strongly protected and under our attack
 561     weak =   pos.pieces(Them)
 562           & ~stronglyProtected
 563           &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 564
 565     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 566     if (defended | weak)
 567     {
 568         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 569         while (b)
 570         {
 571             Square s = pop_lsb(&b);
 572             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 573             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 574                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 575         }
 576
 577         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 578         while (b)
 579         {
 580             Square s = pop_lsb(&b);
 581             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 582             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 583                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 584         }
 585
 586         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 587
 588         b = weak & attackedBy[Us][KING];
 589         if (b)
 590             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 591     }
 592
 593     // Bonus for opponent unopposed weak pawns
 594     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 595         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 596
 597     // Find squares where our pawns can push on the next move
 598     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 599     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 600
 601     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 602     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 603         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 604
 605     // Add a bonus for each new pawn threats from those squares
 606     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 607        &  pos.pieces(Them)
 608        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 609
 610     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 611
 612     // Add a bonus for safe slider attack threats on opponent queen
 613     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
 614     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
 615        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
 616
 617     score += ThreatByAttackOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 618
 619     if (T)
 620         Trace::add(THREAT, Us, score);
 621
 622     return score;
 623   }
 624
 625
 626   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
 627   // pawns of the given color.
 628
 629   template<Tracing T>  template<Color Us>
 630   Score Evaluation<T>::evaluate_passed_pawns() {
 631
 632     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 633     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 634
 635     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 636     Score score = SCORE_ZERO;
 637
 638     b = pe->passed_pawns(Us);
 639
 640     while (b)
 641     {
 642         Square s = pop_lsb(&b);
 643
 644         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 645
 646         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 647         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 648
 649         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 650         int rr = r * (r - 1);
 651
 652         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 653
 654         if (rr)
 655         {
 656             Square blockSq = s + Up;
 657
 658             // Adjust bonus based on the king's proximity
 659             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 660                      - distance(pos.square<KING>(  Us), blockSq) * 2 * rr;
 661
 662             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 663             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 664                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + Up) * rr;
 665
 666             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 667             if (pos.empty(blockSq))
 668             {
 669                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 670                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 671                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 672                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 673
 674                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 675
 676                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 677                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 678
 679                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 680                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 681
 682                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 683                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 684                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 685
 686                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 687                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 688                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 689                     k += 6;
 690
 691                 else if (defendedSquares & blockSq)
 692                     k += 4;
 693
 694                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 695             }
 696             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 697                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 698         } // rr != 0
 699
 700         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 701         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
 702         if (!pos.pawn_passed(Us, s + Up) || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 703             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
 704
 705         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 706     }
 707
 708     if (T)
 709         Trace::add(PASSED, Us, score);
 710
 711     return score;
 712   }
 713
 714
 715   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 716   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 717   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 718   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 719   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 720   // improve play on game opening.
 721
 722   template<Tracing T>  template<Color Us>
 723   Score Evaluation<T>::evaluate_space() {
 724
 725     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 726     const Bitboard SpaceMask =
 727       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 728                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 729
 730     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 731     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 732     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 733     Bitboard safe =   SpaceMask
 734                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 735                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
 736                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 737
 738     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 739     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 740     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 741     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 742
 743     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 744     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 745
 746     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
 747     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 748     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 749
 750     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 751   }
 752
 753
 754   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 755   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 756   // status of the players.
 757
 758   template<Tracing T>
 759   Score Evaluation<T>::evaluate_initiative(Value eg) {
 760
 761     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 762                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 763     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 764
 765     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 766     int initiative = 8 * (pe->pawn_asymmetry() + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
 767
 768     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 769     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 770     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 771     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
 772
 773     if (T)
 774         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 775
 776     return make_score(0, v);
 777   }
 778
 779
 780   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 781
 782   template<Tracing T>
 783   ScaleFactor Evaluation<T>::evaluate_scale_factor(Value eg) {
 784
 785     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 786     ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 787
 788     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 789     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 790     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
 791     {
 792         if (pos.opposite_bishops())
 793         {
 794             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 795             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 796             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 797                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 798                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 799
 800             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 801             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 802             return ScaleFactor(46);
 803         }
 804         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 805         // pawns are drawish.
 806         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 807                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 808                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 809             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 810     }
 811
 812     return sf;
 813   }
 814
 815
 816   // value() is the main function of the class. It computes the various parts of
 817   // the evaluation and returns the value of the position from the point of view
 818   // of the side to move.
 819
 820   template<Tracing T>
 821   Value Evaluation<T>::value() {
 822
 823     assert(!pos.checkers());
 824
 825     // Probe the material hash table
 826     me = Material::probe(pos);
 827
 828     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 829     // configuration, call it and return.
 830     if (me->specialized_eval_exists())
 831         return me->evaluate(pos);
 832
 833     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 834     // the position object (material + piece square tables) and the material
 835     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 836     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + Eval::Contempt;
 837
 838     // Probe the pawn hash table
 839     pe = Pawns::probe(pos);
 840     score += pe->pawns_score();
 841
 842     // Early exit if score is high
 843     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 844     if (abs(v) > LazyThreshold)
 845        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 846
 847     // Main evaluation begins here
 848
 849     initialize<WHITE>();
 850     initialize<BLACK>();
 851
 852     score += evaluate_pieces<WHITE, KNIGHT>() - evaluate_pieces<BLACK, KNIGHT>();
 853     score += evaluate_pieces<WHITE, BISHOP>() - evaluate_pieces<BLACK, BISHOP>();
 854     score += evaluate_pieces<WHITE, ROOK  >() - evaluate_pieces<BLACK, ROOK  >();
 855     score += evaluate_pieces<WHITE, QUEEN >() - evaluate_pieces<BLACK, QUEEN >();
 856
 857     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 858
 859     score +=  evaluate_king<WHITE>()
 860             - evaluate_king<BLACK>();
 861
 862     score +=  evaluate_threats<WHITE>()
 863             - evaluate_threats<BLACK>();
 864
 865     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>()
 866             - evaluate_passed_pawns<BLACK>();
 867
 868     if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 869         score +=  evaluate_space<WHITE>()
 870                 - evaluate_space<BLACK>();
 871
 872     score += evaluate_initiative(eg_value(score));
 873
 874     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 875     ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(eg_value(score));
 876     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 877        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 878
 879     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 880
 881     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 882     if (T)
 883     {
 884         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 885         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 886         Trace::add(PAWN, pe->pawns_score());
 887         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 888         if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 889             Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>()
 890                             , evaluate_space<BLACK>());
 891         Trace::add(TOTAL, score);
 892     }
 893
 894     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
 895   }
 896
 897 } // namespace
 898
 899 Score Eval::Contempt = SCORE_ZERO;
 900
 901 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static evaluation
 902 /// of the position from the point of view of the side to move.
 903
 904 Value Eval::evaluate(const Position& pos)
 905 {
 906    return Evaluation<>(pos).value();
 907 }
 908
 909 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 910 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 911 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 912
 913 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 914
 915   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 916
 917   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 918   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 919
 920   std::stringstream ss;
 921   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 922      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 923      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 924      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 925      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 926      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 927      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 928      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 929      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
 930      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 931      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 932      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 933      << "    King safety | " << Term(KING)
 934      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 935      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 936      << "          Space | " << Term(SPACE)
 937      << "     Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 938      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 939      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 940
 941   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 942
 943   return ss.str();
 944 }