Rename wake_up() to notify_one()
[stockfish] / src / search.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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268   {
269       Signals.stopOnPonderhit = true;
270       RootPos.this_thread()->wait_for_stop();
271   }
272
273   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
274   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
275             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
276             << sync_endl;
277 }
278
279
280 namespace {
281
282   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
283   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
284   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286   void id_loop(Position& pos) {
287
288     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
289     int depth, prevBestMoveChanges;
290     Value bestValue, alpha, beta, delta;
291     bool bestMoveNeverChanged = true;
292
293     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
294     depth = BestMoveChanges = 0;
295     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
296     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297     TT.new_search();
298     H.clear();
299
300     PVSize = Options["MultiPV"];
301     Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
304     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
306         PVSize = 4;
307
308     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
309
310     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
311     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
312     {
313         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
314         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
315         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
316             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
317
318         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
319         BestMoveChanges = 0;
320
321         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
322         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
323         {
324             // Set aspiration window default width
325             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
326             {
327                 delta = Value(16);
328                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
329                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
330             }
331             else
332             {
333                 alpha = -VALUE_INFINITE;
334                 beta  =  VALUE_INFINITE;
335             }
336
337             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
338             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
339             while (true)
340             {
341                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
342                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
343                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
344
345                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
346                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
347                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
348                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
349                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
350                 // the already searched PV lines are preserved.
351                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
352
353                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
354                 // entries have been overwritten during the search.
355                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
356                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
357
358                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
359                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
360                 // valid, although refers to previous iteration.
361                 if (Signals.stop)
362                     return;
363
364                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
365                 // research, otherwise exit the loop.
366                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
367                     break;
368
369                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
370                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
374                 {
375                     alpha = -VALUE_INFINITE;
376                     beta  =  VALUE_INFINITE;
377                 }
378                 else if (bestValue >= beta)
379                 {
380                     beta += delta;
381                     delta += delta / 2;
382                 }
383                 else
384                 {
385                     Signals.failedLowAtRoot = true;
386                     Signals.stopOnPonderhit = false;
387
388                     alpha -= delta;
389                     delta += delta / 2;
390                 }
391
392                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
393             }
394
395             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
396             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
397             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
398                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
399         }
400
401         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
402         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
403             skill.pick_move();
404
405         if (Options["Use Search Log"])
406         {
407             Log log(Options["Search Log Filename"]);
408             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
409                 << std::endl;
410         }
411
412         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
413         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
414             bestMoveNeverChanged = false;
415
416         // Do we have found a "mate in x"?
417         if (   Limits.mate
418             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
419             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
420             Signals.stop = true;
421
422         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
423         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
424         {
425             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
426
427             // Take in account some extra time if the best move has changed
428             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
429                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
430
431             // Stop search if most of available time is already consumed. We
432             // probably don't have enough time to search the first move at the
433             // next iteration anyway.
434             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
435                 stop = true;
436
437             // Stop search early if one move seems to be much better than others
438             if (    depth >= 12
439                 && !stop
440                 &&  PVSize == 1
441                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
442                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
443             {
444                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
445                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
446                 (ss+1)->skipNullMove = true;
447                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
448                 (ss+1)->skipNullMove = false;
449                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
450
451                 if (v < rBeta)
452                     stop = true;
453             }
454
455             if (stop)
456             {
457                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                 if (Limits.ponder)
460                     Signals.stopOnPonderhit = true;
461                 else
462                     Signals.stop = true;
463             }
464         }
465     }
466   }
467
468
469   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
470   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
471   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
472   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
473   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
474   // here: This is taken care of after we return from the split point.
475
476   template <NodeType NT>
477   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
478
479     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
480     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
482
483     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
484     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
485     assert(depth > DEPTH_ZERO);
486
487     Move movesSearched[64];
488     StateInfo st;
489     const TTEntry *tte;
490     SplitPoint* sp;
491     Key posKey;
492     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
493     Depth ext, newDepth;
494     Value bestValue, value, ttValue;
495     Value eval, nullValue, futilityValue;
496     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
497     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch, threatExtension;
498     int moveCount, playedMoveCount;
499
500     // Step 1. Initialize node
501     Thread* thisThread = pos.this_thread();
502     moveCount = playedMoveCount = 0;
503     threatExtension = false;
504     inCheck = pos.checkers();
505
506     if (SpNode)
507     {
508         sp = ss->sp;
509         bestMove   = sp->bestMove;
510         threatMove = sp->threatMove;
511         bestValue  = sp->bestValue;
512         tte = NULL;
513         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
514         ttValue = VALUE_NONE;
515
516         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
517
518         goto split_point_start;
519     }
520
521     bestValue = -VALUE_INFINITE;
522     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
523     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
524     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
525     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
526
527     // Used to send selDepth info to GUI
528     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
529         thisThread->maxPly = ss->ply;
530
531     if (!RootNode)
532     {
533         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
534         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
535             return DrawValue[pos.side_to_move()];
536
537         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
538         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
539         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
540         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
541         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
542         // in this case return a fail-high score.
543         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
544         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
545         if (alpha >= beta)
546             return alpha;
547     }
548
549     // Step 4. Transposition table lookup
550     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
551     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
552     excludedMove = ss->excludedMove;
553     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
554     tte = TT.probe(posKey);
555     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
556     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
557
558     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
559     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
560     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
561     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
562     if (   !RootNode
563         && tte
564         && tte->depth() >= depth
565         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
566         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
567             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
568                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
569     {
570         TT.refresh(tte);
571         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
572
573         if (    ttValue >= beta
574             &&  ttMove
575             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
576             &&  ttMove != ss->killers[0])
577         {
578             ss->killers[1] = ss->killers[0];
579             ss->killers[0] = ttMove;
580         }
581         return ttValue;
582     }
583
584     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
585     if (inCheck)
586         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
587
588     else if (tte)
589     {
590         // Never assume anything on values stored in TT
591         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
592             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
593             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
594
595         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
596         if (ttValue != VALUE_NONE)
597             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
598                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
599                 eval = ttValue;
600     }
601     else
602     {
603         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
604         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
605                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
606     }
607
608     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
609     // evaluation before and after the move.
610     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
611         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
612         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
613         && !pos.captured_piece_type()
614         &&  type_of(move) == NORMAL)
615     {
616         Square to = to_sq(move);
617         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
618     }
619
620     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
621     if (   !PvNode
622         &&  depth < 4 * ONE_PLY
623         && !inCheck
624         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
625         &&  ttMove == MOVE_NONE
626         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
627         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
628     {
629         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
630         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
631         if (v < rbeta)
632             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
633             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
634             return v;
635     }
636
637     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
638     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
639     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
640     if (   !PvNode
641         && !ss->skipNullMove
642         &&  depth < 4 * ONE_PLY
643         && !inCheck
644         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
645         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
646         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
647         return eval - FutilityMargins[depth][0];
648
649     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
650     if (   !PvNode
651         && !ss->skipNullMove
652         &&  depth > ONE_PLY
653         && !inCheck
654         &&  eval >= beta
655         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
656         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
657     {
658         ss->currentMove = MOVE_NULL;
659
660         // Null move dynamic reduction based on depth
661         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
662
663         // Null move dynamic reduction based on value
664         if (eval - PawnValueMg > beta)
665             R += ONE_PLY;
666
667         pos.do_null_move<true>(st);
668         (ss+1)->skipNullMove = true;
669         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
670                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
671         (ss+1)->skipNullMove = false;
672         pos.do_null_move<false>(st);
673
674         if (nullValue >= beta)
675         {
676             // Do not return unproven mate scores
677             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
678                 nullValue = beta;
679
680             if (depth < 6 * ONE_PLY)
681                 return nullValue;
682
683             // Do verification search at high depths
684             ss->skipNullMove = true;
685             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
686             ss->skipNullMove = false;
687
688             if (v >= beta)
689                 return nullValue;
690         }
691         else
692         {
693             // The null move failed low, which means that we may be faced with
694             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
695             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
696             // move which was reduced. If a connection is found extend moves that
697             // defend against threat.
698             threatMove = (ss+1)->currentMove;
699
700             if (   depth < 5 * ONE_PLY
701                 && (ss-1)->reduction
702                 && threatMove != MOVE_NONE
703                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
704                 threatExtension = true;
705         }
706     }
707
708     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
709     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
710     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
711     // prune the previous move.
712     if (   !PvNode
713         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
714         && !inCheck
715         && !ss->skipNullMove
716         &&  excludedMove == MOVE_NONE
717         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
718     {
719         Value rbeta = beta + 200;
720         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
721
722         assert(rdepth >= ONE_PLY);
723         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
724         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
725
726         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
727         CheckInfo ci(pos);
728
729         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
730             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
731             {
732                 ss->currentMove = move;
733                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
734                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
735                 pos.undo_move(move);
736                 if (value >= rbeta)
737                     return value;
738             }
739     }
740
741     // Step 10. Internal iterative deepening
742     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
743         && ttMove == MOVE_NONE
744         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
745     {
746         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
747
748         ss->skipNullMove = true;
749         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
750         ss->skipNullMove = false;
751
752         tte = TT.probe(posKey);
753         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
754     }
755
756 split_point_start: // At split points actual search starts from here
757
758     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
759     CheckInfo ci(pos);
760     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
761     singularExtensionNode =   !RootNode
762                            && !SpNode
763                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
764                            &&  ttMove != MOVE_NONE
765                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
766                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
767                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
768
769     // Step 11. Loop through moves
770     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
771     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
772     {
773       assert(is_ok(move));
774
775       if (move == excludedMove)
776           continue;
777
778       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
779       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
780       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
781       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
782           continue;
783
784       if (SpNode)
785       {
786           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
787           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
788               continue;
789
790           moveCount = ++sp->moveCount;
791           sp->mutex.unlock();
792       }
793       else
794           moveCount++;
795
796       if (RootNode)
797       {
798           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
799
800           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
801               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
802                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
803                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
804       }
805
806       ext = DEPTH_ZERO;
807       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
808       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
809       dangerous =   givesCheck
810                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
811                  || type_of(move) == CASTLE
812                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
813                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
814                      && type_of(move) == NORMAL
815                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
816                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
817
818       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
819       if (PvNode && dangerous)
820           ext = ONE_PLY;
821
822       else if (threatExtension && prevents_move(pos, move, threatMove))
823           ext = ONE_PLY;
824
825       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
826           ext = ONE_PLY / 2;
827
828       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
829       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
830       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
831       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
832       // a margin then we extend ttMove.
833       if (    singularExtensionNode
834           &&  move == ttMove
835           && !ext
836           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
837           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
838       {
839           assert(ttValue != VALUE_NONE);
840
841           Value rBeta = ttValue - int(depth);
842           ss->excludedMove = move;
843           ss->skipNullMove = true;
844           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
845           ss->skipNullMove = false;
846           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
847
848           if (value < rBeta)
849               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
850       }
851
852       // Update current move (this must be done after singular extension search)
853       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
854
855       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
856       if (   !PvNode
857           && !captureOrPromotion
858           && !inCheck
859           && !dangerous
860           &&  move != ttMove
861           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
862                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
863       {
864           // Move count based pruning
865           if (   depth < 16 * ONE_PLY
866               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
867               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
868           {
869               if (SpNode)
870                   sp->mutex.lock();
871
872               continue;
873           }
874
875           // Value based pruning
876           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
877           // but fixing this made program slightly weaker.
878           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
879           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
880                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
881
882           if (futilityValue < beta)
883           {
884               if (SpNode)
885                   sp->mutex.lock();
886
887               continue;
888           }
889
890           // Prune moves with negative SEE at low depths
891           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
892               && pos.see_sign(move) < 0)
893           {
894               if (SpNode)
895                   sp->mutex.lock();
896
897               continue;
898           }
899       }
900
901       // Check for legality only before to do the move
902       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
903       {
904           moveCount--;
905           continue;
906       }
907
908       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
909       ss->currentMove = move;
910       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
911           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
912
913       // Step 14. Make the move
914       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
915
916       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
917       // re-searched at full depth.
918       if (    depth > 3 * ONE_PLY
919           && !pvMove
920           && !captureOrPromotion
921           && !dangerous
922           &&  ss->killers[0] != move
923           &&  ss->killers[1] != move)
924       {
925           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
926           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
927           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
928
929           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
930
931           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
932           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
933       }
934       else
935           doFullDepthSearch = !pvMove;
936
937       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
938       if (doFullDepthSearch)
939       {
940           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
941           value = newDepth < ONE_PLY ?
942                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
943                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
944                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
945       }
946
947       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
948       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
949       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
950       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
951           value = newDepth < ONE_PLY ?
952                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
953                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
954                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
955       // Step 17. Undo move
956       pos.undo_move(move);
957
958       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
959
960       // Step 18. Check for new best move
961       if (SpNode)
962       {
963           sp->mutex.lock();
964           bestValue = sp->bestValue;
965           alpha = sp->alpha;
966       }
967
968       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
969       // was aborted because the user interrupted the search or because we
970       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
971       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
972       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
973           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
974
975       if (RootNode)
976       {
977           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
978
979           // PV move or new best move ?
980           if (pvMove || value > alpha)
981           {
982               rm.score = value;
983               rm.extract_pv_from_tt(pos);
984
985               // We record how often the best move has been changed in each
986               // iteration. This information is used for time management: When
987               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
988               if (!pvMove)
989                   BestMoveChanges++;
990           }
991           else
992               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
993               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
994               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
995               rm.score = -VALUE_INFINITE;
996       }
997
998       if (value > bestValue)
999       {
1000           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
1001
1002           if (value > alpha)
1003           {
1004               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
1005
1006               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1007                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
1008               else
1009               {
1010                   assert(value >= beta); // Fail high
1011
1012                   if (SpNode)
1013                       sp->cutoff = true;
1014
1015                   break;
1016               }
1017           }
1018       }
1019
1020       // Step 19. Check for splitting the search
1021       if (   !SpNode
1022           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1023           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1024       {
1025           assert(bestValue < beta);
1026
1027           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1028                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1029           if (bestValue >= beta)
1030               break;
1031       }
1032     }
1033
1034     if (SpNode)
1035         return bestValue;
1036
1037     // Step 20. Check for mate and stalemate
1038     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1039     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1040     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1041     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1042     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1043     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1044     if (!moveCount)
1045         return  excludedMove ? alpha
1046               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1047
1048     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1049     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1050     {
1051         assert(!playedMoveCount);
1052
1053         bestValue = alpha;
1054     }
1055
1056     if (bestValue >= beta) // Failed high
1057     {
1058         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1059                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1060
1061         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1062         {
1063             if (bestMove != ss->killers[0])
1064             {
1065                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1066                 ss->killers[0] = bestMove;
1067             }
1068
1069             // Increase history value of the cut-off move
1070             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1071             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1072
1073             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1074             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1075             {
1076                 Move m = movesSearched[i];
1077                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1078             }
1079         }
1080     }
1081     else // Failed low or PV search
1082         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1083                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1084                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1085
1086     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1087
1088     return bestValue;
1089   }
1090
1091
1092   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1093   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1094   // less than ONE_PLY).
1095
1096   template <NodeType NT, bool InCheck>
1097   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1098
1099     const bool PvNode = (NT == PV);
1100
1101     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1102     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1103     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1104     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1105     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1106
1107     StateInfo st;
1108     const TTEntry* tte;
1109     Key posKey;
1110     Move ttMove, move, bestMove;
1111     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1112     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1113     Depth ttDepth;
1114
1115     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1116     if (PvNode)
1117         oldAlpha = alpha;
1118
1119     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1120     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1121
1122     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1123     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1124         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1125
1126     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1127     // pruning, but only for move ordering.
1128     posKey = pos.key();
1129     tte = TT.probe(posKey);
1130     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1131     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1132
1133     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1134     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1135     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1136     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1137                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1138     if (   tte
1139         && tte->depth() >= ttDepth
1140         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1141         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1142             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1143                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1144     {
1145         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1146         return ttValue;
1147     }
1148
1149     // Evaluate the position statically
1150     if (InCheck)
1151     {
1152         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1153         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1154         enoughMaterial = false;
1155     }
1156     else
1157     {
1158         if (tte)
1159         {
1160             // Never assume anything on values stored in TT
1161             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1162                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1163                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1164         }
1165         else
1166             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1167
1168         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1169         if (bestValue >= beta)
1170         {
1171             if (!tte)
1172                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1173                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1174
1175             return bestValue;
1176         }
1177
1178         if (PvNode && bestValue > alpha)
1179             alpha = bestValue;
1180
1181         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1182         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1183     }
1184
1185     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1186     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1187     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1188     // be generated.
1189     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1190     CheckInfo ci(pos);
1191
1192     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1193     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1194     {
1195       assert(is_ok(move));
1196
1197       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1198
1199       // Futility pruning
1200       if (   !PvNode
1201           && !InCheck
1202           && !givesCheck
1203           &&  move != ttMove
1204           &&  enoughMaterial
1205           &&  type_of(move) != PROMOTION
1206           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1207       {
1208           futilityValue =  futilityBase
1209                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1210                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1211
1212           if (futilityValue < beta)
1213           {
1214               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1215               continue;
1216           }
1217
1218           // Prune moves with negative or equal SEE
1219           if (   futilityBase < beta
1220               && depth < DEPTH_ZERO
1221               && pos.see(move) <= 0)
1222           {
1223               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1224               continue;
1225           }
1226       }
1227
1228       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1229       evasionPrunable =   !PvNode
1230                        &&  InCheck
1231                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1232                        && !pos.is_capture(move)
1233                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1234
1235       // Don't search moves with negative SEE values
1236       if (   !PvNode
1237           && (!InCheck || evasionPrunable)
1238           &&  move != ttMove
1239           &&  type_of(move) != PROMOTION
1240           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1241           continue;
1242
1243       // Don't search useless checks
1244       if (   !PvNode
1245           && !InCheck
1246           &&  givesCheck
1247           &&  move != ttMove
1248           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1249           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1250           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1251           continue;
1252
1253       // Check for legality only before to do the move
1254       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1255           continue;
1256
1257       ss->currentMove = move;
1258
1259       // Make and search the move
1260       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1261       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1262                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1263       pos.undo_move(move);
1264
1265       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1266
1267       // Check for new best move
1268       if (value > bestValue)
1269       {
1270           bestValue = value;
1271
1272           if (value > alpha)
1273           {
1274               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1275               {
1276                   alpha = value;
1277                   bestMove = move;
1278               }
1279               else // Fail high
1280               {
1281                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1282                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1283
1284                   return value;
1285               }
1286           }
1287        }
1288     }
1289
1290     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1291     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1292     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1293         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1294
1295     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1296              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1297              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1298
1299     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1300
1301     return bestValue;
1302   }
1303
1304
1305   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1306   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1307   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1308
1309   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1310
1311     assert(v != VALUE_NONE);
1312
1313     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1314           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1315   }
1316
1317
1318   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1319   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1320   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1321
1322   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1325           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1326           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1327   }
1328
1329
1330   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1331
1332   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1333   {
1334     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1335     Square from = from_sq(move);
1336     Square to = to_sq(move);
1337     Color them = ~pos.side_to_move();
1338     Square ksq = pos.king_square(them);
1339     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1340     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1341     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1342     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1343     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1344
1345     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1346     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1347         return true;
1348
1349     // Queen contact check is very dangerous
1350     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1351         return true;
1352
1353     // Creating new double threats with checks is dangerous
1354     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1355     while (b)
1356     {
1357         // Note that here we generate illegal "double move"!
1358         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1359             return true;
1360     }
1361
1362     return false;
1363   }
1364
1365
1366   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1367   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1368   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1369   // from a null search that fails low).
1370
1371   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1372
1373     assert(is_ok(first));
1374     assert(is_ok(second));
1375     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1376     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1377
1378     Square m1from = from_sq(first);
1379     Square m2from = from_sq(second);
1380     Square m1to = to_sq(first);
1381     Square m2to = to_sq(second);
1382
1383     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1384     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1385         return true;
1386
1387     // Second one moves through the square vacated by first one
1388     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1389       return true;
1390
1391     // Second's destination is defended by the first move's piece
1392     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1393     if (m1att & m2to)
1394         return true;
1395
1396     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1397     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1398     {
1399         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1400         return true;
1401     }
1402
1403     return false;
1404   }
1405
1406
1407   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1408   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1409   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1410   // that fails low).
1411
1412   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1413
1414     assert(is_ok(first));
1415     assert(is_ok(second));
1416
1417     Square m1from = from_sq(first);
1418     Square m2from = from_sq(second);
1419     Square m1to = to_sq(first);
1420     Square m2to = to_sq(second);
1421
1422     // Don't prune moves of the threatened piece
1423     if (m1from == m2to)
1424         return true;
1425
1426     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1427     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1428     if (    pos.is_capture(second)
1429         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1430             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1431     {
1432         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1433         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1434         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1435
1436         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1437         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1438             return true;
1439
1440         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1441         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1442                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1443
1444         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1445         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1446             return true;
1447     }
1448
1449     // Don't prune safe moves which block the threat path
1450     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1451         return true;
1452
1453     return false;
1454   }
1455
1456
1457   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1458   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1459
1460   Move Skill::pick_move() {
1461
1462     static RKISS rk;
1463
1464     // PRNG sequence should be not deterministic
1465     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1466         rk.rand<unsigned>();
1467
1468     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1469     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1470     int weakness = 120 - 2 * level;
1471     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1472     best = MOVE_NONE;
1473
1474     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1475     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1476     // then we choose the move with the resulting highest score.
1477     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1478     {
1479         int s = RootMoves[i].score;
1480
1481         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1482         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1483             break;
1484
1485         // This is our magic formula
1486         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1487               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1488
1489         if (s > max_s)
1490         {
1491             max_s = s;
1492             best = RootMoves[i].pv[0];
1493         }
1494     }
1495     return best;
1496   }
1497
1498
1499   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1500   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1501   // the previous search score.
1502
1503   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1504
1505     std::stringstream s;
1506     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1507     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1508     int selDepth = 0;
1509
1510     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1511         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1512             selDepth = Threads[i].maxPly;
1513
1514     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1515     {
1516         bool updated = (i <= PVIdx);
1517
1518         if (depth == 1 && !updated)
1519             continue;
1520
1521         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1522         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1523
1524         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1525             s << "\n";
1526
1527         s << "info depth " << d
1528           << " seldepth "  << selDepth
1529           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1530           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1531           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1532           << " time "      << elaspsed
1533           << " multipv "   << i + 1
1534           << " pv";
1535
1536         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1537             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1538     }
1539
1540     return s.str();
1541   }
1542
1543 } // namespace
1544
1545
1546 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1547 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1548 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1549 /// long PV to print that is important for position analysis.
1550
1551 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1552
1553   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1554   TTEntry* tte;
1555   int ply = 0;
1556   Move m = pv[0];
1557
1558   pv.clear();
1559
1560   do {
1561       pv.push_back(m);
1562
1563       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1564
1565       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1566       tte = TT.probe(pos.key());
1567
1568   } while (   tte
1569            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1570            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1571            && ply < MAX_PLY
1572            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1573
1574   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1575
1576   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1577 }
1578
1579
1580 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1581 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1582 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1583
1584 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1585
1586   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1587   TTEntry* tte;
1588   int ply = 0;
1589
1590   do {
1591       tte = TT.probe(pos.key());
1592
1593       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1594           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1595
1596       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1597
1598       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1599
1600   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1601
1602   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1603 }
1604
1605
1606 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1607
1608 void Thread::idle_loop() {
1609
1610   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1611   // object for which the thread is the master.
1612   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1613
1614   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1615
1616   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1617   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1618   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1619   {
1620       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1621       // instead of wasting CPU time polling for work.
1622       while (   do_sleep
1623              || do_exit
1624              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1625       {
1626           if (do_exit)
1627           {
1628               assert(!sp_master);
1629               return;
1630           }
1631
1632           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1633           mutex.lock();
1634
1635           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1636           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1637           {
1638               mutex.unlock();
1639               break;
1640           }
1641
1642           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1643           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1644           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1645           // had the chance to grab the lock.
1646           if (do_sleep || !is_searching)
1647               sleepCondition.wait(mutex);
1648
1649           mutex.unlock();
1650       }
1651
1652       // If this thread has been assigned work, launch a search
1653       if (is_searching)
1654       {
1655           assert(!do_sleep && !do_exit);
1656
1657           Threads.mutex.lock();
1658
1659           assert(is_searching);
1660           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1661
1662           Threads.mutex.unlock();
1663
1664           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1665           Position pos(*sp->pos, this);
1666
1667           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1668           (ss+1)->sp = sp;
1669
1670           sp->mutex.lock();
1671
1672           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1673
1674           sp->activePositions[idx] = &pos;
1675
1676           if (sp->nodeType == Root)
1677               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1678           else if (sp->nodeType == PV)
1679               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1680           else if (sp->nodeType == NonPV)
1681               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1682           else
1683               assert(false);
1684
1685           assert(is_searching);
1686
1687           is_searching = false;
1688           sp->activePositions[idx] = NULL;
1689           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1690           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1691
1692           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1693           // case we are the last slave of the split point.
1694           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1695               &&  this != sp->master
1696               && !sp->slavesMask)
1697           {
1698               assert(!sp->master->is_searching);
1699               sp->master->notify_one();
1700           }
1701
1702           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1703           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1704           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1705           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1706           sp->mutex.unlock();
1707       }
1708   }
1709 }
1710
1711
1712 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1713 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1714 /// available time and so stop the search.
1715
1716 void check_time() {
1717
1718   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1719   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1720
1721   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1722   {
1723       lastInfoTime = Time::now();
1724       dbg_print();
1725   }
1726
1727   if (Limits.ponder)
1728       return;
1729
1730   if (Limits.nodes)
1731   {
1732       Threads.mutex.lock();
1733
1734       nodes = RootPos.nodes_searched();
1735
1736       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1737       // all the currently active slaves positions.
1738       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1739           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1740           {
1741               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1742
1743               sp.mutex.lock();
1744
1745               nodes += sp.nodes;
1746               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1747               while (sm)
1748               {
1749                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1750                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1751               }
1752
1753               sp.mutex.unlock();
1754           }
1755
1756       Threads.mutex.unlock();
1757   }
1758
1759   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1760   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1761                          && !Signals.failedLowAtRoot
1762                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1763
1764   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1765                    || stillAtFirstMove;
1766
1767   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1768       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1769       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1770       Signals.stop = true;
1771 }