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(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 118   };
 119
 120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
 122   // square is supported by a pawn.
 123   constexpr Score Outpost[][2] = {
 124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 126   };
 127
 128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
 129   // no (friendly) pawn on the rook file.
 130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(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(62, 120)
 137   };
 138
 139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // 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( 57, 32);
 162   constexpr Score KingProtector      = S(  6,  6);
 163   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
 164   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 46,  0);
 165   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
 166   constexpr Score Overload           = S( 13,  6);
 167   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 19, 84);
 168   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 30);
 169   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
 170   constexpr Score ThreatByKing       = S( 22, 78);
 171   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 45, 40);
 172   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
 173   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173,102);
 174   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
 175   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
 176   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 15, 19);
 177
 178 #undef S
 179
 180   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 181   template<Tracing T>
 182   class Evaluation {
 183
 184   public:
 185     Evaluation() = delete;
 186     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 187     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 188     Value value();
 189
 190   private:
 191     template<Color Us> void initialize();
 192     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 193     template<Color Us> Score king() const;
 194     template<Color Us> Score threats() const;
 195     template<Color Us> Score passed() const;
 196     template<Color Us> Score space() const;
 197     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 198     Score initiative(Value eg) const;
 199
 200     const Position& pos;
 201     Material::Entry* me;
 202     Pawns::Entry* pe;
 203     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 204     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 205
 206     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 207     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 208     // is also calculated is ALL_PIECES.
 209     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 210
 211     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 212     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 213     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 214     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 215
 216     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 217     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 218     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 219     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 220     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 221
 222     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 223     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 224     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 225
 226     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 227     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 228     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 229     // the KingAttackWeights array.
 230     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 231
 232     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 233     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 234     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 235     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 236     // to kingAttacksCount[WHITE].
 237     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 238   };
 239
 240
 241   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 242   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 243   template<Tracing T> template<Color Us>
 244   void Evaluation<T>::initialize() {
 245
 246     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 247     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 248     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 249     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 250
 251     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 252     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 253
 254     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 255     // are excluded from the mobility area.
 256     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 257
 258     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 259     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 260     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 261     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 262     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 263
 264     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 265     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 266     {
 267         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 268         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 269             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 270
 271         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 272             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 273
 274         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 275             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 276
 277         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 279     }
 280     else
 281         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 282   }
 283
 284
 285   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 286   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 287   Score Evaluation<T>::pieces() {
 288
 289     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 290     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 291     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 292                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 293     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 294
 295     Bitboard b, bb;
 296     Square s;
 297     Score score = SCORE_ZERO;
 298
 299     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 300
 301     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 302     {
 303         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 304         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 305           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 306                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 307
 308         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 309             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 310
 311         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 312         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 313         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 314
 315         if (b & kingRing[Them])
 316         {
 317             kingAttackersCount[Us]++;
 318             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 319             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 320         }
 321
 322         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 323
 324         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 325
 326         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 327         {
 328             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 329             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 330             if (bb & s)
 331                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 332
 333             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 334                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 335
 336             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 337             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 338                 score += MinorBehindPawn;
 339
 340             // Penalty if the piece is far from the king
 341             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 342
 343             if (Pt == BISHOP)
 344             {
 345                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 346                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 347                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 348
 349                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 350                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 351
 352                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 353                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 354                     score += LongDiagonalBishop;
 355             }
 356
 357             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 358             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 359             // when that pawn is also blocked.
 360             if (   Pt == BISHOP
 361                 && pos.is_chess960()
 362                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 363             {
 364                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 365                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 366                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 367                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 368                                                                               : CorneredBishop;
 369             }
 370         }
 371
 372         if (Pt == ROOK)
 373         {
 374             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 375             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 376                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 377
 378             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 379             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 380                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 381
 382             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 383             else if (mob <= 3)
 384             {
 385                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 386                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 387                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 388             }
 389         }
 390
 391         if (Pt == QUEEN)
 392         {
 393             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 394             Bitboard queenPinners;
 395             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 396                 score -= WeakQueen;
 397         }
 398     }
 399     if (T)
 400         Trace::add(Pt, Us, score);
 401
 402     return score;
 403   }
 404
 405
 406   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 407   template<Tracing T> template<Color Us>
 408   Score Evaluation<T>::king() const {
 409
 410     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 411     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 412                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 413
 414     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 415     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 416
 417     // King shelter and enemy pawns storm
 418     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 419
 420     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 421     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
 422     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 423     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 424     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
 425
 426     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 427
 428     // Main king safety evaluation
 429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 430     {
 431         int kingDanger = 0;
 432         unsafeChecks = 0;
 433
 434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 436               & ~attackedBy2[Us]
 437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 438
 439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 440         safe  = ~pos.pieces(Them);
 441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 442
 443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 445
 446         // Enemy queen safe checks
 447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 448             kingDanger += QueenSafeCheck;
 449
 450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 452
 453         // Enemy rooks checks
 454         if (b1 & safe)
 455             kingDanger += RookSafeCheck;
 456         else
 457             unsafeChecks |= b1;
 458
 459         // Enemy bishops checks
 460         if (b2 & safe)
 461             kingDanger += BishopSafeCheck;
 462         else
 463             unsafeChecks |= b2;
 464
 465         // Enemy knights checks
 466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 467         if (b & safe)
 468             kingDanger += KnightSafeCheck;
 469         else
 470             unsafeChecks |= b;
 471
 472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 473         // the square is in the attacker's mobility area.
 474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 475
 476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 477                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 478                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 479                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 480                      +   4 * tropism
 481                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 482                      -   6 * mg_value(score) / 8
 483                      -   30;
 484
 485         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 486         if (kingDanger > 0)
 487         {
 488             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
 489             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
 490             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 491         }
 492     }
 493
 494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 496         score -= PawnlessFlank;
 497
 498     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 499     score -= CloseEnemies * tropism;
 500
 501     if (T)
 502         Trace::add(KING, Us, score);
 503
 504     return score;
 505   }
 506
 507
 508   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 509   // attacking and the attacked pieces.
 510   template<Tracing T> template<Color Us>
 511   Score Evaluation<T>::threats() const {
 512
 513     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 514     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 515     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 516
 517     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 518     Score score = SCORE_ZERO;
 519
 520     // Non-pawn enemies
 521     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
 522
 523     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 524     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 525     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 526                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 527
 528     // Non-pawn enemies, strongly protected
 529     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 530
 531     // Enemies not strongly protected and under our attack
 532     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 533
 534     // Safe or protected squares
 535     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 536
 537     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 538     if (defended | weak)
 539     {
 540         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 541         while (b)
 542         {
 543             Square s = pop_lsb(&b);
 544             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 545             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 546                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 547         }
 548
 549         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 550         while (b)
 551         {
 552             Square s = pop_lsb(&b);
 553             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 554             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 555                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 556         }
 557
 558         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 559             score += ThreatByKing;
 560
 561         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 562
 563         b = weak & nonPawnEnemies & attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 564         score += Overload * popcount(b);
 565     }
 566
 567     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 568     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 569         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 570
 571     // Find squares where our pawns can push on the next move
 572     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 573     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 574
 575     // Keep only the squares which are relatively safe
 576     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 577
 578     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 579     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 580     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 581
 582     // Our safe or protected pawns
 583     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 584
 585     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 586     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 587
 588     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 589     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 590     {
 591         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 592         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 593
 594         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 595
 596         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 597
 598         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 599            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 600
 601         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 602     }
 603
 604     if (T)
 605         Trace::add(THREAT, Us, score);
 606
 607     return score;
 608   }
 609
 610   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 611   // pawns of the given color.
 612
 613   template<Tracing T> template<Color Us>
 614   Score Evaluation<T>::passed() const {
 615
 616     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 617     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 618
 619     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 620       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 621     };
 622
 623     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 624     Score score = SCORE_ZERO;
 625
 626     b = pe->passed_pawns(Us);
 627
 628     while (b)
 629     {
 630         Square s = pop_lsb(&b);
 631
 632         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 633
 634         int r = relative_rank(Us, s);
 635         int w = PassedDanger[r];
 636
 637         Score bonus = PassedRank[r];
 638
 639         if (w)
 640         {
 641             Square blockSq = s + Up;
 642
 643             // Adjust bonus based on the king's proximity
 644             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 645                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 646
 647             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 648             if (r != RANK_7)
 649                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 650
 651             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 652             if (pos.empty(blockSq))
 653             {
 654                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 655                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 656                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 657                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 658
 659                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 660
 661                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 662                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 663
 664                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 665                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 666
 667                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 668                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 669                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 670
 671                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 672                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 673                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 674                     k += 6;
 675
 676                 else if (defendedSquares & blockSq)
 677                     k += 4;
 678
 679                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 680             }
 681         } // w != 0
 682
 683         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 684         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 685         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 686             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 687             bonus = bonus / 2;
 688
 689         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 690     }
 691
 692     if (T)
 693         Trace::add(PASSED, Us, score);
 694
 695     return score;
 696   }
 697
 698
 699   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 700   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 701   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 702   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 703   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 704   // improve play on game opening.
 705
 706   template<Tracing T> template<Color Us>
 707   Score Evaluation<T>::space() const {
 708
 709     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 710         return SCORE_ZERO;
 711
 712     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 713     constexpr Bitboard SpaceMask =
 714       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 715                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 716
 717     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 718     Bitboard safe =   SpaceMask
 719                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 720                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 721
 722     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 723     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 724     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 725     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 726
 727     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 728     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 729
 730     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 731
 732     if (T)
 733         Trace::add(SPACE, Us, score);
 734
 735     return score;
 736   }
 737
 738
 739   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 740   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 741   // known attacking/defending status of the players.
 742
 743   template<Tracing T>
 744   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 745
 746     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 747                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 748
 749     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 750                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 751
 752     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 753     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 754                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 755                     + 12 * outflanking
 756                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 757                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 758                     -118 ;
 759
 760     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 761     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 762     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 763     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 764
 765     if (T)
 766         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 767
 768     return make_score(0, v);
 769   }
 770
 771
 772   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 773
 774   template<Tracing T>
 775   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 776
 777     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 778     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 779
 780     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 781     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 782     {
 783         if (   pos.opposite_bishops()
 784             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 785             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 786             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 787         else
 788             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 789
 790     }
 791
 792     return ScaleFactor(sf);
 793   }
 794
 795
 796   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 797   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 798   // of view of the side to move.
 799
 800   template<Tracing T>
 801   Value Evaluation<T>::value() {
 802
 803     assert(!pos.checkers());
 804
 805     // Probe the material hash table
 806     me = Material::probe(pos);
 807
 808     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 809     // configuration, call it and return.
 810     if (me->specialized_eval_exists())
 811         return me->evaluate(pos);
 812
 813     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 814     // the position object (material + piece square tables) and the material
 815     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 816     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 817
 818     // Probe the pawn hash table
 819     pe = Pawns::probe(pos);
 820     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 821
 822     // Early exit if score is high
 823     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 824     if (abs(v) > LazyThreshold)
 825        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 826
 827     // Main evaluation begins here
 828
 829     initialize<WHITE>();
 830     initialize<BLACK>();
 831
 832     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 833     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 834             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 835             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 836             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 837
 838     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 839
 840     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 841             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 842             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 843             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 844
 845     score += initiative(eg_value(score));
 846
 847     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 848     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 849     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 850        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 851
 852     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 853
 854     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 855     if (T)
 856     {
 857         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 858         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 859         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 860         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 861         Trace::add(TOTAL, score);
 862     }
 863
 864     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 865            + Eval::Tempo;
 866   }
 867
 868 } // namespace
 869
 870
 871 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 872 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 873
 874 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 875   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 876 }
 877
 878
 879 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 880 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 881 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 882
 883 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 884
 885   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 886
 887   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 888
 889   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 890
 891   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 892
 893   std::stringstream ss;
 894   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 895      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 896      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 897      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 898      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 899      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 900      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 901      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 902      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 903      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 904      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 905      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 906      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 907      << " King safety | " << Term(KING)
 908      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 909      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 910      << "       Space | " << Term(SPACE)
 911      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 912      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 913
 914   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 915
 916   return ss.str();
 917 }