Rename squares_aligned()
[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) 2008-2013 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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.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   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   CountermovesStats Countermoves;
86
87   template <NodeType NT>
88   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
89
90   template <NodeType NT, bool InCheck>
91   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
92
93   void id_loop(Position& pos);
94   Value value_to_tt(Value v, int ply);
95   Value value_from_tt(Value v, int ply);
96   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
97   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   size_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
266   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
267   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
268   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
269   // raise Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296
297     depth = 0;
298     BestMoveChanges = 0;
299     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
300     beta = VALUE_INFINITE;
301
302     TT.new_search();
303     History.clear();
304     Countermoves.clear();
305
306     PVSize = Options["MultiPV"];
307     Skill skill(Options["Skill Level"]);
308
309     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
310     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
311     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
312         PVSize = 4;
313
314     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
315
316     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
317     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
318     {
319         // Age out PV variability metric
320         BestMoveChanges *= 0.8;
321
322         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
323         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
324         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
325             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
326
327         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
328         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
329         {
330             // Reset aspiration window starting size
331             if (depth >= 5)
332             {
333                 delta = Value(16);
334                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
335                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
336             }
337
338             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
339             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
340             while (true)
341             {
342                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
343
344                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
345                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
346                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
347                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
348                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
349                 // the already searched PV lines are preserved.
350                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
351
352                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
353                 // entries have been overwritten during the search.
354                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
355                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
356
357                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
358                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
359                 // valid, although refers to previous iteration.
360                 if (Signals.stop)
361                     break;
362
363                 // When failing high/low give some update (without cluttering
364                 // the UI) before to research.
365                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
366                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
367                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
368
369                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
370                 // research, otherwise exit the loop.
371                 if (bestValue <= alpha)
372                 {
373                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
374
375                     Signals.failedLowAtRoot = true;
376                     Signals.stopOnPonderhit = false;
377                 }
378                 else if (bestValue >= beta)
379                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
380
381                 else
382                     break;
383
384                 delta += delta / 2;
385
386                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
387             }
388
389             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
390             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
391
392             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
393                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
394         }
395
396         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
397         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
398             skill.pick_move();
399
400         if (Options["Write Search Log"])
401         {
402             RootMove& rm = RootMoves[0];
403             if (skill.best != MOVE_NONE)
404                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
405
406             Log log(Options["Search Log Filename"]);
407             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
408                 << std::endl;
409         }
410
411         // Do we have found a "mate in x"?
412         if (   Limits.mate
413             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
414             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
415             Signals.stop = true;
416
417         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
418         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
419         {
420             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
421
422             // Take in account some extra time if the best move has changed
423             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
424                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
425
426             // Stop search if most of available time is already consumed. We
427             // probably don't have enough time to search the first move at the
428             // next iteration anyway.
429             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
430                 stop = true;
431
432             // Stop search early if one move seems to be much better than others
433             if (    depth >= 12
434                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
435                 && !stop
436                 &&  PVSize == 1
437                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
438                 && (   RootMoves.size() == 1
439                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
440             {
441                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
442                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
443                 ss->skipNullMove = true;
444                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
445                 ss->skipNullMove = false;
446                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
447
448                 if (v < rBeta)
449                     stop = true;
450             }
451
452             if (stop)
453             {
454                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
455                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
456                 if (Limits.ponder)
457                     Signals.stopOnPonderhit = true;
458                 else
459                     Signals.stop = true;
460             }
461         }
462     }
463   }
464
465
466   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
467   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
468   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
469   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
470   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
471   // here: This is taken care of after we return from the split point.
472
473   template <NodeType NT>
474   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
475
476     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
477     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
479
480     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
481     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
482     assert(depth > DEPTH_ZERO);
483
484     Move quietsSearched[64];
485     StateInfo st;
486     const TTEntry *tte;
487     SplitPoint* splitPoint;
488     Key posKey;
489     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
490     Depth ext, newDepth;
491     Value bestValue, value, ttValue;
492     Value eval, nullValue;
493     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
494     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
495     int moveCount, quietCount;
496
497     // Step 1. Initialize node
498     Thread* thisThread = pos.this_thread();
499     inCheck = pos.checkers();
500
501     if (SpNode)
502     {
503         splitPoint = ss->splitPoint;
504         bestMove   = splitPoint->bestMove;
505         threatMove = splitPoint->threatMove;
506         bestValue  = splitPoint->bestValue;
507         tte = NULL;
508         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
509         ttValue = VALUE_NONE;
510
511         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
512
513         goto moves_loop;
514     }
515
516     moveCount = quietCount = 0;
517     bestValue = -VALUE_INFINITE;
518     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
519     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
520     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
521     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
522
523     // Used to send selDepth info to GUI
524     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
525         thisThread->maxPly = ss->ply;
526
527     if (!RootNode)
528     {
529         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
530         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
531             return DrawValue[pos.side_to_move()];
532
533         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
534         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
535         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
536         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
537         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
538         // in this case return a fail-high score.
539         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
540         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
541         if (alpha >= beta)
542             return alpha;
543     }
544
545     // Step 4. Transposition table lookup
546     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
547     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
548     excludedMove = ss->excludedMove;
549     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
550     tte = TT.probe(posKey);
551     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
552     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
553
554     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
555     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
556     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
557     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
558     if (   !RootNode
559         && tte
560         && tte->depth() >= depth
561         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
562         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
563             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
564                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
565     {
566         TT.refresh(tte);
567         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
568
569         if (    ttValue >= beta
570             &&  ttMove
571             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
572             &&  ttMove != ss->killers[0])
573         {
574             ss->killers[1] = ss->killers[0];
575             ss->killers[0] = ttMove;
576         }
577         return ttValue;
578     }
579
580     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
581     if (inCheck)
582     {
583         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
584         goto moves_loop;
585     }
586
587     else if (tte)
588     {
589         // Never assume anything on values stored in TT
590         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
591             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
592
593         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
594         if (ttValue != VALUE_NONE)
595             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
596                 eval = ttValue;
597     }
598     else
599     {
600         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
601         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
602     }
603
604     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
605     if (   !PvNode
606         &&  depth < 4 * ONE_PLY
607         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
608         &&  ttMove == MOVE_NONE
609         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
610         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
611     {
612         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
613         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
614         if (v < rbeta)
615             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
616             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
617             return v;
618     }
619
620     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
621     if (   !PvNode
622         && !ss->skipNullMove
623         &&  depth < 7 * ONE_PLY
624         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
625         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
626         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
627         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
628         return eval - futility_margin(depth);
629
630     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
631     if (   !PvNode
632         && !ss->skipNullMove
633         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
634         &&  eval >= beta
635         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
636         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
637     {
638         ss->currentMove = MOVE_NULL;
639
640         // Null move dynamic reduction based on depth
641         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
642
643         // Null move dynamic reduction based on value
644         if (eval - PawnValueMg > beta)
645             R += ONE_PLY;
646
647         pos.do_null_move(st);
648         (ss+1)->skipNullMove = true;
649         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
650                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
651         (ss+1)->skipNullMove = false;
652         pos.undo_null_move();
653
654         if (nullValue >= beta)
655         {
656             // Do not return unproven mate scores
657             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
658                 nullValue = beta;
659
660             if (depth < 12 * ONE_PLY)
661                 return nullValue;
662
663             // Do verification search at high depths
664             ss->skipNullMove = true;
665             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
666             ss->skipNullMove = false;
667
668             if (v >= beta)
669                 return nullValue;
670         }
671         else
672         {
673             // The null move failed low, which means that we may be faced with
674             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
675             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
676             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
677             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
678             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
679             threatMove = (ss+1)->currentMove;
680
681             if (   depth < 5 * ONE_PLY
682                 && (ss-1)->reduction
683                 && threatMove != MOVE_NONE
684                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
685                 return alpha;
686         }
687     }
688
689     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
690     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
691     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
692     // prune the previous move.
693     if (   !PvNode
694         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
695         && !ss->skipNullMove
696         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
697     {
698         Value rbeta = beta + 200;
699         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
700
701         assert(rdepth >= ONE_PLY);
702         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
703         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
704
705         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
706         CheckInfo ci(pos);
707
708         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
709             if (pos.legal(move, ci.pinned))
710             {
711                 ss->currentMove = move;
712                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
713                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
714                 pos.undo_move(move);
715                 if (value >= rbeta)
716                     return value;
717             }
718     }
719
720     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
721     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
722         && ttMove == MOVE_NONE
723         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
724     {
725         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
726
727         ss->skipNullMove = true;
728         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
729         ss->skipNullMove = false;
730
731         tte = TT.probe(posKey);
732         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
733     }
734
735 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
736
737     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
738     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
739                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
740
741     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
742     CheckInfo ci(pos);
743     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
744     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
745                || ss->staticEval == VALUE_NONE
746                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
747
748     singularExtensionNode =   !RootNode
749                            && !SpNode
750                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
751                            &&  ttMove != MOVE_NONE
752                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
753                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
754                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
755
756     // Step 11. Loop through moves
757     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
758     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
759     {
760       assert(is_ok(move));
761
762       if (move == excludedMove)
763           continue;
764
765       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
766       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
767       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
768       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
769           continue;
770
771       if (SpNode)
772       {
773           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
774           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
775               continue;
776
777           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
778           splitPoint->mutex.unlock();
779       }
780       else
781           ++moveCount;
782
783       if (RootNode)
784       {
785           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
786
787           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
788               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
789                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
790                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
791       }
792
793       ext = DEPTH_ZERO;
794       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
795       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
796       dangerous =   givesCheck
797                  || pos.passed_pawn_push(move)
798                  || type_of(move) == CASTLE;
799
800       // Step 12. Extend checks
801       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
802           ext = ONE_PLY;
803
804       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
805       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
806       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
807       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
808       // a margin then we extend ttMove.
809       if (    singularExtensionNode
810           &&  move == ttMove
811           && !ext
812           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
813           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
814       {
815           assert(ttValue != VALUE_NONE);
816
817           Value rBeta = ttValue - int(depth);
818           ss->excludedMove = move;
819           ss->skipNullMove = true;
820           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
821           ss->skipNullMove = false;
822           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
823
824           if (value < rBeta)
825               ext = ONE_PLY;
826       }
827
828       // Update current move (this must be done after singular extension search)
829       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
830
831       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
832       if (   !PvNode
833           && !captureOrPromotion
834           && !inCheck
835           && !dangerous
836        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
837           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
838       {
839           // Move count based pruning
840           if (   depth < 16 * ONE_PLY
841               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
842               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
843           {
844               if (SpNode)
845                   splitPoint->mutex.lock();
846
847               continue;
848           }
849
850           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
851
852           // Futility pruning: parent node
853           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
854           {
855               Value futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + Value(128);
856
857               if (futilityValue <= alpha)
858               {
859                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
860
861                   if (SpNode)
862                   {
863                       splitPoint->mutex.lock();
864                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
865                           splitPoint->bestValue = bestValue;
866                   }
867                   continue;
868               }
869           }
870
871           // Prune moves with negative SEE at low depths
872           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
873               && pos.see_sign(move) < 0)
874           {
875               if (SpNode)
876                   splitPoint->mutex.lock();
877
878               continue;
879           }
880
881       }
882
883       // Check for legality only before to do the move
884       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
885       {
886           --moveCount;
887           continue;
888       }
889
890       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
891       ss->currentMove = move;
892       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
893           quietsSearched[quietCount++] = move;
894
895       // Step 14. Make the move
896       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
897
898       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
899       // re-searched at full depth.
900       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
901           && !pvMove
902           && !captureOrPromotion
903           &&  move != ttMove
904           &&  move != ss->killers[0]
905           &&  move != ss->killers[1])
906       {
907           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
908
909           if (!PvNode && cutNode)
910               ss->reduction += ONE_PLY;
911
912           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
913               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
914
915           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
916               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
917
918           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
919           if (SpNode)
920               alpha = splitPoint->alpha;
921
922           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
923
924           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
925           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
926       }
927       else
928           doFullDepthSearch = !pvMove;
929
930       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
931       if (doFullDepthSearch)
932       {
933           if (SpNode)
934               alpha = splitPoint->alpha;
935
936           value = newDepth < ONE_PLY ?
937                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
938                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
939                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
940       }
941
942       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
943       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
944       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
945       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
946           value = newDepth < ONE_PLY ?
947                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
948                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
949                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
950       // Step 17. Undo move
951       pos.undo_move(move);
952
953       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
954
955       // Step 18. Check for new best move
956       if (SpNode)
957       {
958           splitPoint->mutex.lock();
959           bestValue = splitPoint->bestValue;
960           alpha = splitPoint->alpha;
961       }
962
963       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
964       // was aborted because the user interrupted the search or because we
965       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
966       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
967       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
968           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
969
970       if (RootNode)
971       {
972           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
973
974           // PV move or new best move ?
975           if (pvMove || value > alpha)
976           {
977               rm.score = value;
978               rm.extract_pv_from_tt(pos);
979
980               // We record how often the best move has been changed in each
981               // iteration. This information is used for time management: When
982               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
983               if (!pvMove)
984                   ++BestMoveChanges;
985           }
986           else
987               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
988               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
989               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
990               rm.score = -VALUE_INFINITE;
991       }
992
993       if (value > bestValue)
994       {
995           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
996
997           if (value > alpha)
998           {
999               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1000
1001               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1002                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1003               else
1004               {
1005                   assert(value >= beta); // Fail high
1006
1007                   if (SpNode)
1008                       splitPoint->cutoff = true;
1009
1010                   break;
1011               }
1012           }
1013       }
1014
1015       // Step 19. Check for splitting the search
1016       if (   !SpNode
1017           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1018           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1019           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1020       {
1021           assert(bestValue < beta);
1022
1023           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1024                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1025           if (bestValue >= beta)
1026               break;
1027       }
1028     }
1029
1030     if (SpNode)
1031         return bestValue;
1032
1033     // Step 20. Check for mate and stalemate
1034     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1035     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1036     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1037     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1038     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1039     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1040     if (!moveCount)
1041         return  excludedMove ? alpha
1042               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1043
1044     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1045     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1046         bestValue = alpha;
1047
1048     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1049              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1050              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1051              depth, bestMove, ss->staticEval);
1052
1053     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1054     if (    bestValue >= beta
1055         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1056         && !inCheck)
1057     {
1058         if (ss->killers[0] != bestMove)
1059         {
1060             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1061             ss->killers[0] = bestMove;
1062         }
1063
1064         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1065         // played non-capture moves.
1066         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1067         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1068         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1069         {
1070             Move m = quietsSearched[i];
1071             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1072         }
1073
1074         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1075             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1076     }
1077
1078     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1079
1080     return bestValue;
1081   }
1082
1083
1084   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1085   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1086   // less than ONE_PLY).
1087
1088   template <NodeType NT, bool InCheck>
1089   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1090
1091     const bool PvNode = (NT == PV);
1092
1093     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1094     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1095     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1096     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1097     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1098
1099     StateInfo st;
1100     const TTEntry* tte;
1101     Key posKey;
1102     Move ttMove, move, bestMove;
1103     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1104     bool givesCheck, evasionPrunable;
1105     Depth ttDepth;
1106
1107     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1108     if (PvNode)
1109         oldAlpha = alpha;
1110
1111     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1112     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1113
1114     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1115     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1116         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1117
1118     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1119     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1120     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1121     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1122                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1123
1124     // Transposition table lookup
1125     posKey = pos.key();
1126     tte = TT.probe(posKey);
1127     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1128     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1129
1130     if (   tte
1131         && tte->depth() >= ttDepth
1132         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1133         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1134             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1135                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1136     {
1137         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1138         return ttValue;
1139     }
1140
1141     // Evaluate the position statically
1142     if (InCheck)
1143     {
1144         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1145         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1146     }
1147     else
1148     {
1149         if (tte)
1150         {
1151             // Never assume anything on values stored in TT
1152             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1153                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1154
1155             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1156             if (ttValue != VALUE_NONE)
1157                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1158                     bestValue = ttValue;
1159         }
1160         else
1161             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1162
1163         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1164         if (bestValue >= beta)
1165         {
1166             if (!tte)
1167                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1168                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1169
1170             return bestValue;
1171         }
1172
1173         if (PvNode && bestValue > alpha)
1174             alpha = bestValue;
1175
1176         futilityBase = bestValue + Value(128);
1177     }
1178
1179     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1180     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1181     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1182     // be generated.
1183     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1184     CheckInfo ci(pos);
1185
1186     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1187     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1188     {
1189       assert(is_ok(move));
1190
1191       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1192
1193       // Futility pruning
1194       if (   !PvNode
1195           && !InCheck
1196           && !givesCheck
1197           &&  move != ttMove
1198           &&  type_of(move) != PROMOTION
1199           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1200           && !pos.passed_pawn_push(move))
1201       {
1202           futilityValue =  futilityBase
1203                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1204                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1205
1206           if (futilityValue < beta)
1207           {
1208               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1209               continue;
1210           }
1211
1212           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1213           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1214           if (   futilityBase < beta
1215               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1216           {
1217               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1218               continue;
1219           }
1220       }
1221
1222       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1223       evasionPrunable =    InCheck
1224                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1225                        && !pos.capture(move)
1226                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1227
1228       // Don't search moves with negative SEE values
1229       if (   !PvNode
1230           && (!InCheck || evasionPrunable)
1231           &&  move != ttMove
1232           &&  type_of(move) != PROMOTION
1233           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1234           continue;
1235
1236       // Check for legality only before to do the move
1237       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1238           continue;
1239
1240       ss->currentMove = move;
1241
1242       // Make and search the move
1243       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1244       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1245                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1246       pos.undo_move(move);
1247
1248       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1249
1250       // Check for new best move
1251       if (value > bestValue)
1252       {
1253           bestValue = value;
1254
1255           if (value > alpha)
1256           {
1257               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1258               {
1259                   alpha = value;
1260                   bestMove = move;
1261               }
1262               else // Fail high
1263               {
1264                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1265                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1266
1267                   return value;
1268               }
1269           }
1270        }
1271     }
1272
1273     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1274     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1275     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1276         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1277
1278     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1279              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1280              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1281
1282     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1283
1284     return bestValue;
1285   }
1286
1287
1288   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1289   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1290   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1291
1292   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1293
1294     assert(v != VALUE_NONE);
1295
1296     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1297           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1298   }
1299
1300
1301   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1302   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1303   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1304
1305   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1306
1307     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1308           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1309           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1310   }
1311
1312
1313   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1314   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1315   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1316   // from a null search that fails low).
1317
1318   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1319
1320     assert(is_ok(first));
1321     assert(is_ok(second));
1322     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1323     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1324
1325     Square m1from = from_sq(first);
1326     Square m2from = from_sq(second);
1327     Square m1to = to_sq(first);
1328     Square m2to = to_sq(second);
1329
1330     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1331     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1332     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1333     if (    m2to == m1from
1334         || (m1to == m2from && !aligned(m1from, m2from, m2to)))
1335         return true;
1336
1337     // Second one moves through the square vacated by first one
1338     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1339       return true;
1340
1341     // Second's destination is defended by the first move's piece
1342     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1343     if (m1att & m2to)
1344         return true;
1345
1346     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1347     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1348     {
1349         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1350         return true;
1351     }
1352
1353     return false;
1354   }
1355
1356
1357   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1358   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1359   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1360
1361   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1362
1363     assert(is_ok(first));
1364     assert(is_ok(second));
1365
1366     Square m1from = from_sq(first);
1367     Square m2from = from_sq(second);
1368     Square m1to = to_sq(first);
1369     Square m2to = to_sq(second);
1370
1371     // Don't prune moves of the threatened piece
1372     if (m1from == m2to)
1373         return true;
1374
1375     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1376     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1377     if (    pos.capture(second)
1378         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1379             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1380     {
1381         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1382         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1383         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1384
1385         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1386         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1387             return true;
1388
1389         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1390         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1391                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1392
1393         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1394         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1395             return true;
1396     }
1397
1398     // Don't prune safe moves which block the threat path
1399     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1400         return true;
1401
1402     return false;
1403   }
1404
1405
1406   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1407   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1408
1409   Move Skill::pick_move() {
1410
1411     static RKISS rk;
1412
1413     // PRNG sequence should be not deterministic
1414     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1415         rk.rand<unsigned>();
1416
1417     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1418     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1419     int weakness = 120 - 2 * level;
1420     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1421     best = MOVE_NONE;
1422
1423     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1424     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1425     // then we choose the move with the resulting highest score.
1426     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1427     {
1428         int s = RootMoves[i].score;
1429
1430         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1431         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1432             break;
1433
1434         // This is our magic formula
1435         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1436               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1437
1438         if (s > max_s)
1439         {
1440             max_s = s;
1441             best = RootMoves[i].pv[0];
1442         }
1443     }
1444     return best;
1445   }
1446
1447
1448   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1449   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1450   // the previous search score.
1451
1452   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1453
1454     std::stringstream s;
1455     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1456     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1457     int selDepth = 0;
1458
1459     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1460         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1461             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1462
1463     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1464     {
1465         bool updated = (i <= PVIdx);
1466
1467         if (depth == 1 && !updated)
1468             continue;
1469
1470         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1471         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1472
1473         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1474             s << "\n";
1475
1476         s << "info depth " << d
1477           << " seldepth "  << selDepth
1478           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1479           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1480           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1481           << " time "      << elapsed
1482           << " multipv "   << i + 1
1483           << " pv";
1484
1485         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1486             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1487     }
1488
1489     return s.str();
1490   }
1491
1492 } // namespace
1493
1494
1495 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1496 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1497 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1498 /// long PV to print that is important for position analysis.
1499
1500 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1501
1502   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1503   const TTEntry* tte;
1504   int ply = 0;
1505   Move m = pv[0];
1506
1507   pv.clear();
1508
1509   do {
1510       pv.push_back(m);
1511
1512       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1513
1514       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1515       tte = TT.probe(pos.key());
1516
1517   } while (   tte
1518            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1519            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1520            && ply < MAX_PLY
1521            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1522
1523   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1524
1525   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1526 }
1527
1528
1529 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1530 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1531 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1532
1533 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1534
1535   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1536   const TTEntry* tte;
1537   int ply = 0;
1538
1539   do {
1540       tte = TT.probe(pos.key());
1541
1542       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1543           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1544
1545       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1546
1547       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1548
1549   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1550
1551   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1552 }
1553
1554
1555 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1556
1557 void Thread::idle_loop() {
1558
1559   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1560   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1561   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1562
1563   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1564
1565   while (true)
1566   {
1567       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1568       // wasting CPU time polling for work.
1569       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1570       {
1571           if (exit)
1572           {
1573               assert(!this_sp);
1574               return;
1575           }
1576
1577           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1578           mutex.lock();
1579
1580           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1581           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1582           {
1583               mutex.unlock();
1584               break;
1585           }
1586
1587           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1588           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1589           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1590           // we had the chance to grab the lock.
1591           if (!searching && !exit)
1592               sleepCondition.wait(mutex);
1593
1594           mutex.unlock();
1595       }
1596
1597       // If this thread has been assigned work, launch a search
1598       if (searching)
1599       {
1600           assert(!exit);
1601
1602           Threads.mutex.lock();
1603
1604           assert(searching);
1605           assert(activeSplitPoint);
1606           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1607
1608           Threads.mutex.unlock();
1609
1610           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1611           Position pos(*sp->pos, this);
1612
1613           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1614           ss->splitPoint = sp;
1615
1616           sp->mutex.lock();
1617
1618           assert(activePosition == NULL);
1619
1620           activePosition = &pos;
1621
1622           switch (sp->nodeType) {
1623           case Root:
1624               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1625               break;
1626           case PV:
1627               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1628               break;
1629           case NonPV:
1630               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1631               break;
1632           default:
1633               assert(false);
1634           }
1635
1636           assert(searching);
1637
1638           searching = false;
1639           activePosition = NULL;
1640           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1641           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1642
1643           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1644           // in case we are the last slave of the split point.
1645           if (    Threads.sleepWhileIdle
1646               &&  this != sp->masterThread
1647               && !sp->slavesMask)
1648           {
1649               assert(!sp->masterThread->searching);
1650               sp->masterThread->notify_one();
1651           }
1652
1653           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1654           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1655           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1656           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1657           sp->mutex.unlock();
1658       }
1659
1660       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1661       // their work at this split point, return from the idle loop.
1662       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1663       {
1664           this_sp->mutex.lock();
1665           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1666           this_sp->mutex.unlock();
1667           if (finished)
1668               return;
1669       }
1670   }
1671 }
1672
1673
1674 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1675 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1676 /// available time and so stop the search.
1677
1678 void check_time() {
1679
1680   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1681   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1682
1683   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1684   {
1685       lastInfoTime = Time::now();
1686       dbg_print();
1687   }
1688
1689   if (Limits.ponder)
1690       return;
1691
1692   if (Limits.nodes)
1693   {
1694       Threads.mutex.lock();
1695
1696       nodes = RootPos.nodes_searched();
1697
1698       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1699       // all the currently active positions nodes.
1700       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1701           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1702           {
1703               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1704
1705               sp.mutex.lock();
1706
1707               nodes += sp.nodes;
1708               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1709               while (sm)
1710               {
1711                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1712                   if (pos)
1713                       nodes += pos->nodes_searched();
1714               }
1715
1716               sp.mutex.unlock();
1717           }
1718
1719       Threads.mutex.unlock();
1720   }
1721
1722   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1723   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1724                          && !Signals.failedLowAtRoot
1725                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1726
1727   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1728                    || stillAtFirstMove;
1729
1730   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1731       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1732       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1733       Signals.stop = true;
1734 }