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) 2015-2018 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   = 880;
  97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
  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(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 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(20, 7), S(45, 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(47, 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(36, 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   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
 155   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 7, 11, 20 };
 156
 157   // Assorted bonuses and penalties
 158   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 159   constexpr Score CloseEnemies       = S(  6,  0);
 160   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 161   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
 162   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  8,  0);
 163   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 164   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 165   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
 166   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 167   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
 168   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
 169   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
 170   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 171   constexpr Score ThreatByKing       = S( 23, 76);
 172   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 173   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 174   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 175   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 176   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 177   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S(  5, 29);
 178
 179 #undef S
 180
 181   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 182   template<Tracing T>
 183   class Evaluation {
 184
 185   public:
 186     Evaluation() = delete;
 187     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 188     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 189     Value value();
 190
 191   private:
 192     template<Color Us> void initialize();
 193     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 194     template<Color Us> Score king() const;
 195     template<Color Us> Score threats() const;
 196     template<Color Us> Score passed() const;
 197     template<Color Us> Score space() const;
 198     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 199     Score initiative(Value eg) const;
 200
 201     const Position& pos;
 202     Material::Entry* me;
 203     Pawns::Entry* pe;
 204     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 205     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 206
 207     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 208     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 209     // is also calculated is ALL_PIECES.
 210     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 211
 212     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 213     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 214     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 215     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 216
 217     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 218     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 219     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 220     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 221     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 224     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 226
 227     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 228     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 229     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 230     // the KingAttackWeights array.
 231     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 232
 233     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 234     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 235     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 236     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 237     // to kingAttacksCount[WHITE].
 238     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 239   };
 240
 241
 242   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 243   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 244   template<Tracing T> template<Color Us>
 245   void Evaluation<T>::initialize() {
 246
 247     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 248     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 249     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 250     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 251
 252     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 253     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 254
 255     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 256     // are excluded from the mobility area.
 257     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 258
 259     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 260     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 261     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 262     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 263     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 264
 265     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 266     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 267     {
 268         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 269         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 270             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 271
 272         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 273             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 274
 275         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 276             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 277
 278         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 279         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 280     }
 281     else
 282         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 283   }
 284
 285
 286   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 287   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 288   Score Evaluation<T>::pieces() {
 289
 290     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 291     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 292     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 293                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 294     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 295
 296     Bitboard b, bb;
 297     Square s;
 298     Score score = SCORE_ZERO;
 299
 300     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 301
 302     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 303     {
 304         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 305         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 306           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 307                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 308
 309         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 310             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 311
 312         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 313         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 314         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 315
 316         if (b & kingRing[Them])
 317         {
 318             kingAttackersCount[Us]++;
 319             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 320             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 321         }
 322
 323         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 324
 325         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 326
 327         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 328         {
 329             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 330             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 331             if (bb & s)
 332                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 333
 334             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 335                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 336
 337             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 338             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 339                 score += MinorBehindPawn;
 340
 341             // Penalty if the piece is far from the king
 342             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 343
 344             if (Pt == BISHOP)
 345             {
 346                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 347                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 348                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 349
 350                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 351                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 352
 353                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 354                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 355                     score += LongDiagonalBishop;
 356             }
 357
 358             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 359             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 360             // when that pawn is also blocked.
 361             if (   Pt == BISHOP
 362                 && pos.is_chess960()
 363                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 364             {
 365                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 366                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 367                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 368                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 369                                                                               : CorneredBishop;
 370             }
 371         }
 372
 373         if (Pt == ROOK)
 374         {
 375             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 376             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 377                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 378
 379             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 380             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 381                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 382
 383             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 384             else if (mob <= 3)
 385             {
 386                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 387                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 388                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 389             }
 390         }
 391
 392         if (Pt == QUEEN)
 393         {
 394             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 395             Bitboard queenPinners;
 396             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 397                 score -= WeakQueen;
 398         }
 399     }
 400     if (T)
 401         Trace::add(Pt, Us, score);
 402
 403     return score;
 404   }
 405
 406
 407   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 408   template<Tracing T> template<Color Us>
 409   Score Evaluation<T>::king() const {
 410
 411     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 412     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 413                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 414
 415     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 416     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 417
 418     // King shelter and enemy pawns storm
 419     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 420
 421     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 422     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 423     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 424     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 425     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 426
 427     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 428
 429     // Main king safety evaluation
 430     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 431     {
 432         int kingDanger = 0;
 433         unsafeChecks = 0;
 434
 435         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 436         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 437               & ~attackedBy2[Us]
 438               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 439
 440         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 441         safe  = ~pos.pieces(Them);
 442         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 443
 444         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 445         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 446
 447         // Enemy queen safe checks
 448         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 449             kingDanger += QueenSafeCheck;
 450
 451         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 452         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 453
 454         // Enemy rooks checks
 455         if (b1 & safe)
 456             kingDanger += RookSafeCheck;
 457         else
 458             unsafeChecks |= b1;
 459
 460         // Enemy bishops checks
 461         if (b2 & safe)
 462             kingDanger += BishopSafeCheck;
 463         else
 464             unsafeChecks |= b2;
 465
 466         // Enemy knights checks
 467         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 468         if (b & safe)
 469             kingDanger += KnightSafeCheck;
 470         else
 471             unsafeChecks |= b;
 472
 473         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 474         // the square is in the attacker's mobility area.
 475         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 476
 477         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 478                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 479                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 480                      + 129 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 481                      +   4 * tropism
 482                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 483                      -   6 * mg_value(score) / 8
 484                      -   30;
 485
 486         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 487         if (kingDanger > 0)
 488         {
 489             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 490             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 491             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 492         }
 493     }
 494
 495     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 496     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 497         score -= PawnlessFlank;
 498
 499     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 500     score -= CloseEnemies * tropism;
 501
 502     if (T)
 503         Trace::add(KING, Us, score);
 504
 505     return score;
 506   }
 507
 508
 509   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 510   // attacking and the attacked pieces.
 511   template<Tracing T> template<Color Us>
 512   Score Evaluation<T>::threats() const {
 513
 514     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 515     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 516     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 517
 518     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 519     Score score = SCORE_ZERO;
 520
 521     // Non-pawn enemies
 522     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 523
 524     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 525     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 526     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 527                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 528
 529     // Non-pawn enemies, strongly protected
 530     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 531
 532     // Enemies not strongly protected and under our attack
 533     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 534
 535     // Safe or protected squares
 536     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 537
 538     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 539     if (defended | weak)
 540     {
 541         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 542         while (b)
 543         {
 544             Square s = pop_lsb(&b);
 545             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 546             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 547                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 548
 549             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
 550                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
 551         }
 552
 553         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 554         while (b)
 555         {
 556             Square s = pop_lsb(&b);
 557             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 558             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 559                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 560
 561             else if (pos.blockers_for_king(Them) & s)
 562                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s) / 2;
 563         }
 564
 565         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 566             score += ThreatByKing;
 567
 568         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 569
 570         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 571         score += Overload * popcount(b);
 572     }
 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         if (forward_file_bb(Us, s) & pos.pieces(Them))
 642             score -= HinderPassedPawn;
 643
 644         int r = relative_rank(Us, s);
 645         int w = PassedDanger[r];
 646
 647         Score bonus = PassedRank[r];
 648
 649         if (w)
 650         {
 651             Square blockSq = s + Up;
 652
 653             // Adjust bonus based on the king's proximity
 654             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 655                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 656
 657             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 658             if (r != RANK_7)
 659                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 660
 661             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 662             if (pos.empty(blockSq))
 663             {
 664                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 665                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 666                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 667                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 668
 669                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 670
 671                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 672                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 673
 674                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 675                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 676
 677                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 678                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 679                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 680
 681                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 682                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 683                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 684                     k += 6;
 685
 686                 else if (defendedSquares & blockSq)
 687                     k += 4;
 688
 689                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 690             }
 691             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 692                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
 693         } // w != 0
 694
 695         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 696         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 697         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 698             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 699             bonus = bonus / 2;
 700
 701         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 702     }
 703
 704     if (T)
 705         Trace::add(PASSED, Us, score);
 706
 707     return score;
 708   }
 709
 710
 711   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 712   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 713   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 714   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 715   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 716   // improve play on game opening.
 717
 718   template<Tracing T> template<Color Us>
 719   Score Evaluation<T>::space() const {
 720
 721     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 722         return SCORE_ZERO;
 723
 724     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 725     constexpr Bitboard SpaceMask =
 726       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 727                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 728
 729     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 730     Bitboard safe =   SpaceMask
 731                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 732                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 733
 734     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 735     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 736     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 737     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 738
 739     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 740     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 741
 742     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 743
 744     if (T)
 745         Trace::add(SPACE, Us, score);
 746
 747     return score;
 748   }
 749
 750
 751   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 752   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 753   // known attacking/defending status of the players.
 754
 755   template<Tracing T>
 756   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 757
 758     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 759                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 760
 761     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 762                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 763
 764     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 765     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 766                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 767                     + 12 * outflanking
 768                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 769                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 770                     -136 ;
 771
 772     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 773     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 774     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 775     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 776
 777     if (T)
 778         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 779
 780     return make_score(0, v);
 781   }
 782
 783
 784   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 785
 786   template<Tracing T>
 787   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 788
 789     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 790     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 791
 792     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 793     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 794     {
 795         if (   pos.opposite_bishops()
 796             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 797             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 798             sf = 31;
 799         else
 800             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 801     }
 802
 803     return ScaleFactor(sf);
 804   }
 805
 806
 807   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 808   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 809   // of view of the side to move.
 810
 811   template<Tracing T>
 812   Value Evaluation<T>::value() {
 813
 814     assert(!pos.checkers());
 815
 816     // Probe the material hash table
 817     me = Material::probe(pos);
 818
 819     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 820     // configuration, call it and return.
 821     if (me->specialized_eval_exists())
 822         return me->evaluate(pos);
 823
 824     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 825     // the position object (material + piece square tables) and the material
 826     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 827     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 828
 829     // Probe the pawn hash table
 830     pe = Pawns::probe(pos);
 831     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 832
 833     // Early exit if score is high
 834     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 835     if (abs(v) > LazyThreshold)
 836        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 837
 838     // Main evaluation begins here
 839
 840     initialize<WHITE>();
 841     initialize<BLACK>();
 842
 843     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 844     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 845             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 846             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 847             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 848
 849     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 850
 851     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 852             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 853             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 854             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 855
 856     score += initiative(eg_value(score));
 857
 858     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 859     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 860     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 861        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 862
 863     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 864
 865     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 866     if (T)
 867     {
 868         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 869         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 870         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 871         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 872         Trace::add(TOTAL, score);
 873     }
 874
 875     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 876            + Eval::Tempo;
 877   }
 878
 879 } // namespace
 880
 881
 882 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 883 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 884
 885 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 886   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 887 }
 888
 889
 890 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 891 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 892 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 893
 894 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 895
 896   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 897
 898   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 899
 900   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 901
 902   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 903
 904   std::stringstream ss;
 905   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 906      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 907      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 908      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 909      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 910      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 911      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 912      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 913      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 914      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 915      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 916      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 917      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 918      << " King safety | " << Term(KING)
 919      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 920      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 921      << "       Space | " << Term(SPACE)
 922      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 923      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 924
 925   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 926
 927   return ss.str();
 928 }