07405d42beed4a52f586d0ccae66c4b327797226
[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 yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
103   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
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.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
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 * MaterialTable::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       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
410         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
411             bestMoveNeverChanged = false;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
417
418             // Take in account some extra time if the best move has changed
419             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
420                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
421
422             // Stop search if most of available time is already consumed. We
423             // probably don't have enough time to search the first move at the
424             // next iteration anyway.
425             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
426                 stop = true;
427
428             // Stop search early if one move seems to be much better than others
429             if (    depth >= 12
430                 && !stop
431                 &&  PVSize == 1
432                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
433                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
434             {
435                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
436                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
437                 (ss+1)->skipNullMove = true;
438                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
439                 (ss+1)->skipNullMove = false;
440                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
441
442                 if (v < rBeta)
443                     stop = true;
444             }
445
446             if (stop)
447             {
448                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
449                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
450                 if (Limits.ponder)
451                     Signals.stopOnPonderhit = true;
452                 else
453                     Signals.stop = true;
454             }
455         }
456     }
457   }
458
459
460   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
461   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
462   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
463   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
464   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
465   // here: This is taken care of after we return from the split point.
466
467   template <NodeType NT>
468   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
469
470     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
472     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
473
474     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
475     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
476     assert(depth > DEPTH_ZERO);
477
478     Move movesSearched[64];
479     StateInfo st;
480     const TTEntry *tte;
481     SplitPoint* sp;
482     Key posKey;
483     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
484     Depth ext, newDepth;
485     Value bestValue, value, ttValue, ttValueUpper;
486     Value eval, nullValue, futilityValue;
487     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
488     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
489     int moveCount, playedMoveCount;
490
491     // Step 1. Initialize node
492     Thread* thisThread = pos.this_thread();
493     moveCount = playedMoveCount = 0;
494     inCheck = pos.in_check();
495
496     if (SpNode)
497     {
498         sp = ss->sp;
499         bestMove   = sp->bestMove;
500         threatMove = sp->threatMove;
501         bestValue  = sp->bestValue;
502         tte = NULL;
503         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
504         ttValue = VALUE_NONE;
505
506         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
507
508         goto split_point_start;
509     }
510
511     bestValue = -VALUE_INFINITE;
512     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
513     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
514     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
515     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
516
517     // Used to send selDepth info to GUI
518     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
519         thisThread->maxPly = ss->ply;
520
521     if (!RootNode)
522     {
523         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
524         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
525             return DrawValue[pos.side_to_move()];
526
527         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
528         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
529         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
530         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
531         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
532         // in this case return a fail-high score.
533         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
534         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     // Step 4. Transposition table lookup
540     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
541     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
542     excludedMove = ss->excludedMove;
543     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
544     tte = TT.probe(posKey);
545     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
546     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
547     ttValueUpper = tte ? value_from_tt(tte->value_upper(), ss->ply) : VALUE_NONE;
548
549     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
550     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
551     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
552     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
553     if (!RootNode && tte)
554     {
555         // Fail High
556         if (  (tte->type() & BOUND_LOWER)
557             && ttValue >= beta
558             && tte->depth() >= depth
559             && ttValue != VALUE_NONE) // Only in case of TT access race
560         {
561             // Update killers, we assume ttMove caused a cut-off
562             if (    ttMove
563                 && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
564                 &&  ttMove != ss->killers[0])
565             {
566                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
567                 ss->killers[0] = ttMove;
568             }
569             TT.refresh(tte);
570             ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
571             return ttValue;
572         }
573
574         // Fail Low
575         if (  (tte->type() & BOUND_UPPER)
576             && ttValueUpper < beta
577             && tte->depth_upper() >= depth
578             && ttValueUpper != VALUE_NONE) // Only in case of TT access race
579         {
580             TT.refresh(tte);
581             ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
582             return ttValueUpper;
583         }
584     }
585
586     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
587     if (inCheck)
588         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
589     else
590     {
591         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
592
593         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
594         if (tte && ttValue != VALUE_NONE)
595         {
596             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
597                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
598                 eval = ttValue;
599         }
600     }
601
602     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
603     // evaluation before and after the move.
604     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
605         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
606         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
607         && !pos.captured_piece_type()
608         &&  type_of(move) == NORMAL)
609     {
610         Square to = to_sq(move);
611         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
612     }
613
614     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
615     if (   !PvNode
616         &&  depth < 4 * ONE_PLY
617         && !inCheck
618         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
619         &&  ttMove == MOVE_NONE
620         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
621         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
622     {
623         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
624         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
625         if (v < rbeta)
626             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
627             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
628             return v;
629     }
630
631     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
632     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
633     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
634     if (   !PvNode
635         && !ss->skipNullMove
636         &&  depth < 4 * ONE_PLY
637         && !inCheck
638         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
639         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
640         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
641         return eval - FutilityMargins[depth][0];
642
643     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
644     if (   !PvNode
645         && !ss->skipNullMove
646         &&  depth > ONE_PLY
647         && !inCheck
648         &&  eval >= beta
649         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
650         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
651     {
652         ss->currentMove = MOVE_NULL;
653
654         // Null move dynamic reduction based on depth
655         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
656
657         // Null move dynamic reduction based on value
658         if (eval - PawnValueMg > beta)
659             R += ONE_PLY;
660
661         pos.do_null_move<true>(st);
662         (ss+1)->skipNullMove = true;
663         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
664                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
665         (ss+1)->skipNullMove = false;
666         pos.do_null_move<false>(st);
667
668         if (nullValue >= beta)
669         {
670             // Do not return unproven mate scores
671             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
672                 nullValue = beta;
673
674             if (depth < 6 * ONE_PLY)
675                 return nullValue;
676
677             // Do verification search at high depths
678             ss->skipNullMove = true;
679             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
680             ss->skipNullMove = false;
681
682             if (v >= beta)
683                 return nullValue;
684         }
685         else
686         {
687             // The null move failed low, which means that we may be faced with
688             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
689             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
690             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
691             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
692             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
693             threatMove = (ss+1)->currentMove;
694
695             if (   depth < 5 * ONE_PLY
696                 && (ss-1)->reduction
697                 && threatMove != MOVE_NONE
698                 && yields_to_threat(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
699                 return beta - 1;
700         }
701     }
702
703     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
704     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
705     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
706     // prune the previous move.
707     if (   !PvNode
708         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
709         && !inCheck
710         && !ss->skipNullMove
711         &&  excludedMove == MOVE_NONE
712         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
713     {
714         Value rbeta = beta + 200;
715         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
716
717         assert(rdepth >= ONE_PLY);
718         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
719         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
720
721         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
722         CheckInfo ci(pos);
723
724         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
725             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
726             {
727                 ss->currentMove = move;
728                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
729                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
730                 pos.undo_move(move);
731                 if (value >= rbeta)
732                     return value;
733             }
734     }
735
736     // Step 10. Internal iterative deepening
737     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
738         && ttMove == MOVE_NONE
739         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
740     {
741         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
742
743         ss->skipNullMove = true;
744         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
745         ss->skipNullMove = false;
746
747         tte = TT.probe(posKey);
748         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
749     }
750
751 split_point_start: // At split points actual search starts from here
752
753     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
754     CheckInfo ci(pos);
755     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
756     singularExtensionNode =   !RootNode
757                            && !SpNode
758                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
759                            &&  ttMove != MOVE_NONE
760                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
761                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
762                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
763
764     // Step 11. Loop through moves
765     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
766     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
767     {
768       assert(is_ok(move));
769
770       if (move == excludedMove)
771           continue;
772
773       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
774       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
775       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
776       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
777           continue;
778
779       if (SpNode)
780       {
781           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
782           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
783               continue;
784
785           moveCount = ++sp->moveCount;
786           sp->mutex.unlock();
787       }
788       else
789           moveCount++;
790
791       if (RootNode)
792       {
793           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
794
795           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
796               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
797                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
798                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
799       }
800
801       ext = DEPTH_ZERO;
802       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
803       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
804       dangerous =   givesCheck
805                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
806                  || type_of(move) == CASTLE
807                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
808                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
809                      && type_of(move) == NORMAL
810                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
811                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
812
813       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
814       if (PvNode && dangerous)
815           ext = ONE_PLY;
816
817       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
818           ext = ONE_PLY / 2;
819
820       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
821       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
822       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
823       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
824       // a margin then we extend ttMove.
825       if (    singularExtensionNode
826           &&  move == ttMove
827           && !ext
828           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
829           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
830       {
831           assert(ttValue != VALUE_NONE);
832
833           Value rBeta = ttValue - int(depth);
834           ss->excludedMove = move;
835           ss->skipNullMove = true;
836           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
837           ss->skipNullMove = false;
838           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
839
840           if (value < rBeta)
841               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
842       }
843
844       // Update current move (this must be done after singular extension search)
845       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
846
847       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
848       if (   !PvNode
849           && !captureOrPromotion
850           && !inCheck
851           && !dangerous
852           &&  move != ttMove
853           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
854                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
855       {
856           // Move count based pruning
857           if (   depth < 16 * ONE_PLY
858               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
859               && (!threatMove || !prevents_threat(pos, move, threatMove)))
860           {
861               if (SpNode)
862                   sp->mutex.lock();
863
864               continue;
865           }
866
867           // Value based pruning
868           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
869           // but fixing this made program slightly weaker.
870           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
871           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
872                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
873
874           if (futilityValue < beta)
875           {
876               if (SpNode)
877                   sp->mutex.lock();
878
879               continue;
880           }
881
882           // Prune moves with negative SEE at low depths
883           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
884               && pos.see_sign(move) < 0)
885           {
886               if (SpNode)
887                   sp->mutex.lock();
888
889               continue;
890           }
891       }
892
893       // Check for legality only before to do the move
894       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
895       {
896           moveCount--;
897           continue;
898       }
899
900       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
901       ss->currentMove = move;
902       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
903           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
904
905       // Step 14. Make the move
906       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
907
908       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
909       // re-searched at full depth.
910       if (    depth > 3 * ONE_PLY
911           && !pvMove
912           && !captureOrPromotion
913           && !dangerous
914           &&  ss->killers[0] != move
915           &&  ss->killers[1] != move)
916       {
917           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
918           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
919           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
920
921           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
922
923           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
924           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
925       }
926       else
927           doFullDepthSearch = !pvMove;
928
929       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
930       if (doFullDepthSearch)
931       {
932           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
933           value = newDepth < ONE_PLY ?
934                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
935                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
936                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
937       }
938
939       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
940       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
941       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
942       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
943           value = newDepth < ONE_PLY ?
944                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
947       // Step 17. Undo move
948       pos.undo_move(move);
949
950       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
951
952       // Step 18. Check for new best move
953       if (SpNode)
954       {
955           sp->mutex.lock();
956           bestValue = sp->bestValue;
957           alpha = sp->alpha;
958       }
959
960       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
961       // was aborted because the user interrupted the search or because we
962       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
963       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
964       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
965           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
966
967       if (RootNode)
968       {
969           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
970
971           // PV move or new best move ?
972           if (pvMove || value > alpha)
973           {
974               rm.score = value;
975               rm.extract_pv_from_tt(pos);
976
977               // We record how often the best move has been changed in each
978               // iteration. This information is used for time management: When
979               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
980               if (!pvMove)
981                   BestMoveChanges++;
982           }
983           else
984               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
985               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
986               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
987               rm.score = -VALUE_INFINITE;
988       }
989
990       if (value > bestValue)
991       {
992           bestValue = value;
993           if (SpNode) sp->bestValue = value;
994
995           if (value > alpha)
996           {
997               bestMove = move;
998               if (SpNode) sp->bestMove = move;
999
1000               if (PvNode && value < beta)
1001               {
1002                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1003                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1004               }
1005               else
1006               {
1007                   assert(value >= beta); // Fail high
1008
1009                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1010                   break;
1011               }
1012           }
1013       }
1014
1015       // Step 19. Check for splitting the search
1016       if (   !SpNode
1017           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1018           &&  bestValue < beta
1019           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1020       {
1021           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1022                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1023           if (bestValue >= beta)
1024               break;
1025       }
1026     }
1027
1028     if (SpNode)
1029         return bestValue;
1030
1031     // Step 20. Check for mate and stalemate
1032     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1033     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1034     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1035     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1036     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1037     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1038     if (!moveCount)
1039         return  excludedMove ? alpha
1040               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1041
1042     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1043     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1044     {
1045         assert(!playedMoveCount);
1046
1047         bestValue = alpha;
1048     }
1049
1050     if (bestValue >= beta) // Failed high
1051     {
1052         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth, bestMove);
1053
1054         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1055         {
1056             if (bestMove != ss->killers[0])
1057             {
1058                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1059                 ss->killers[0] = bestMove;
1060             }
1061
1062             // Increase history value of the cut-off move
1063             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1064             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1065
1066             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1067             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1068             {
1069                 Move m = movesSearched[i];
1070                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1071             }
1072         }
1073     }
1074     else // Failed low or PV search
1075         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1076                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1077                  depth, bestMove);
1078
1079     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1080
1081     return bestValue;
1082   }
1083
1084
1085   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1086   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1087   // less than ONE_PLY).
1088
1089   template <NodeType NT, bool InCheck>
1090   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1091
1092     const bool PvNode = (NT == PV);
1093
1094     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1095     assert(InCheck == pos.in_check());
1096     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1097     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1098     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1099
1100     StateInfo st;
1101     const TTEntry* tte;
1102     Key posKey;
1103     Move ttMove, move, bestMove;
1104     Value bestValue, value, ttValue, ttValueUpper, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1105     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable, fromNull;
1106     Depth ttDepth;
1107
1108     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1109     if (PvNode)
1110         oldAlpha = alpha;
1111
1112     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1113     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1114     fromNull = (ss-1)->currentMove == MOVE_NULL;
1115
1116     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1117     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1118         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1119
1120     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1121     // pruning, but only for move ordering.
1122     posKey = pos.key();
1123     tte = TT.probe(posKey);
1124     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1125     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1126     ttValueUpper = tte ? value_from_tt(tte->value_upper(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1127
1128     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1129     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1130     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1131     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1132                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1133     if (tte)
1134     {
1135         // Fail High
1136         if (  (tte->type() & BOUND_LOWER)
1137             && ttValue >= beta
1138             && tte->depth() >= ttDepth
1139             && ttValue != VALUE_NONE) // Only in case of TT access race
1140         {
1141             ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1142             return ttValue;
1143         }
1144
1145         // Fail Low
1146         if (  (tte->type() & BOUND_UPPER)
1147             && ttValueUpper < beta
1148             && tte->depth_upper() >= ttDepth
1149             && ttValueUpper != VALUE_NONE) // Only in case of TT access race
1150         {
1151             ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1152             return ttValueUpper;
1153         }
1154     }
1155
1156     // Evaluate the position statically
1157     if (InCheck)
1158     {
1159         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1160         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1161         enoughMaterial = false;
1162     }
1163     else
1164     {
1165         if (fromNull)
1166         {
1167             // Approximated score. Real one is slightly higher due to tempo
1168             ss->staticEval = bestValue = -(ss-1)->staticEval;
1169             ss->evalMargin = VALUE_ZERO;
1170         }
1171         else
1172             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1173
1174         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1175         if (bestValue >= beta)
1176         {
1177             if (!tte)
1178                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE);
1179
1180             return bestValue;
1181         }
1182
1183         if (PvNode && bestValue > alpha)
1184             alpha = bestValue;
1185
1186         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1187         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1188     }
1189
1190     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1191     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1192     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1193     // be generated.
1194     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1195     CheckInfo ci(pos);
1196
1197     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1198     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1199     {
1200       assert(is_ok(move));
1201
1202       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1203
1204       // Futility pruning
1205       if (   !PvNode
1206           && !InCheck
1207           && !fromNull
1208           && !givesCheck
1209           &&  move != ttMove
1210           &&  enoughMaterial
1211           &&  type_of(move) != PROMOTION
1212           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1213       {
1214           futilityValue =  futilityBase
1215                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1216                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1217
1218           if (futilityValue < beta)
1219           {
1220               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1221               continue;
1222           }
1223
1224           // Prune moves with negative or equal SEE
1225           if (   futilityBase < beta
1226               && depth < DEPTH_ZERO
1227               && pos.see(move) <= 0)
1228           {
1229               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1230               continue;
1231           }
1232       }
1233
1234       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1235       evasionPrunable =   !PvNode
1236                        &&  InCheck
1237                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1238                        && !pos.is_capture(move)
1239                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1240
1241       // Don't search moves with negative SEE values
1242       if (   !PvNode
1243           && (!InCheck || evasionPrunable)
1244           &&  move != ttMove
1245           &&  type_of(move) != PROMOTION
1246           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1247           continue;
1248
1249       // Don't search useless checks
1250       if (   !PvNode
1251           && !InCheck
1252           &&  givesCheck
1253           &&  move != ttMove
1254           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1255           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1256           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1257           continue;
1258
1259       // Check for legality only before to do the move
1260       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1261           continue;
1262
1263       ss->currentMove = move;
1264
1265       // Make and search the move
1266       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1267       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1268                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1269       pos.undo_move(move);
1270
1271       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1272
1273       // Check for new best move
1274       if (value > bestValue)
1275       {
1276           bestValue = value;
1277
1278           if (value > alpha)
1279           {
1280               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1281               {
1282                   alpha = value;
1283                   bestMove = move;
1284               }
1285               else // Fail high
1286               {
1287                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER, ttDepth, move);
1288                   return value;
1289               }
1290           }
1291        }
1292     }
1293
1294     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1295     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1296     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1297         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1298
1299     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1300              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1301              ttDepth, bestMove);
1302
1303     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1304
1305     return bestValue;
1306   }
1307
1308
1309   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1310   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1311   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1312
1313   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1314
1315     assert(v != VALUE_NONE);
1316
1317     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1318           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1319   }
1320
1321
1322   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1323   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1324   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1325
1326   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1327
1328     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1329           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1330           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1331   }
1332
1333
1334   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1335
1336   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1337   {
1338     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1339     Square from = from_sq(move);
1340     Square to = to_sq(move);
1341     Color them = ~pos.side_to_move();
1342     Square ksq = pos.king_square(them);
1343     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1344     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1345     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1346     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1347     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1348
1349     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1350     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1351         return true;
1352
1353     // Queen contact check is very dangerous
1354     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1355         return true;
1356
1357     // Creating new double threats with checks is dangerous
1358     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1359     while (b)
1360     {
1361         // Note that here we generate illegal "double move"!
1362         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1363             return true;
1364     }
1365
1366     return false;
1367   }
1368
1369
1370   // yields_to_threat() tests whether the move at previous ply yields to the so
1371   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1372   // low). Here 'yields to' means that the move somehow made the threat possible
1373   // for instance if the moving piece is the same in both moves.
1374
1375   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1376
1377     assert(is_ok(move));
1378     assert(is_ok(threat));
1379     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(threat))) == ~pos.side_to_move());
1380
1381     Square mfrom = from_sq(move);
1382     Square mto = to_sq(move);
1383     Square tfrom = from_sq(threat);
1384     Square tto = to_sq(threat);
1385
1386     // The piece is the same or threat's destination was vacated by the move
1387     if (mto == tfrom || tto == mfrom)
1388         return true;
1389
1390     // Threat moves through the vacated square
1391     if (between_bb(tfrom, tto) & mfrom)
1392       return true;
1393
1394     // Threat's destination is defended by the move's piece
1395     Bitboard matt = pos.attacks_from(pos.piece_on(mto), mto, pos.pieces() ^ tfrom);
1396     if (matt & tto)
1397         return true;
1398
1399     // Threat gives a discovered check through the move's checking piece
1400     if (matt & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1401     {
1402         assert(between_bb(mto, pos.king_square(pos.side_to_move())) & tfrom);
1403         return true;
1404     }
1405
1406     return false;
1407   }
1408
1409
1410   // prevents_threat() tests whether a move is able to defend against the so
1411   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1412   // low). In this case will not be pruned.
1413
1414   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1415
1416     assert(is_ok(move));
1417     assert(is_ok(threat));
1418     assert(!pos.is_capture_or_promotion(move));
1419     assert(!pos.is_passed_pawn_push(move));
1420
1421     Square mfrom = from_sq(move);
1422     Square mto = to_sq(move);
1423     Square tfrom = from_sq(threat);
1424     Square tto = to_sq(threat);
1425
1426     // Don't prune moves of the threatened piece
1427     if (mfrom == tto)
1428         return true;
1429
1430     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1431     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1432     if (    pos.is_capture(threat)
1433         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1434             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING))
1435     {
1436         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1437         Bitboard occ = pos.pieces() ^ mfrom ^ mto ^ tfrom;
1438         Piece piece = pos.piece_on(mfrom);
1439
1440         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1441         if (pos.attacks_from(piece, mto, occ) & tto)
1442             return true;
1443
1444         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1445         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1446                        | (attacks_bb<BISHOP>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1447
1448         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1449         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(tto))))
1450             return true;
1451     }
1452
1453     // Don't prune safe moves which block the threat path
1454     if ((between_bb(tfrom, tto) & mto) && pos.see_sign(move) >= 0)
1455         return true;
1456
1457     return false;
1458   }
1459
1460
1461   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1462   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1463
1464   Move Skill::pick_move() {
1465
1466     static RKISS rk;
1467
1468     // PRNG sequence should be not deterministic
1469     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1470         rk.rand<unsigned>();
1471
1472     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1473     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1474     int weakness = 120 - 2 * level;
1475     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1476     best = MOVE_NONE;
1477
1478     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1479     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1480     // then we choose the move with the resulting highest score.
1481     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1482     {
1483         int s = RootMoves[i].score;
1484
1485         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1486         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1487             break;
1488
1489         // This is our magic formula
1490         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1491               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1492
1493         if (s > max_s)
1494         {
1495             max_s = s;
1496             best = RootMoves[i].pv[0];
1497         }
1498     }
1499     return best;
1500   }
1501
1502
1503   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1504   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1505   // the previous search score.
1506
1507   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1508
1509     std::stringstream s;
1510     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1511     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1512     int selDepth = 0;
1513
1514     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1515         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1516             selDepth = Threads[i].maxPly;
1517
1518     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1519     {
1520         bool updated = (i <= PVIdx);
1521
1522         if (depth == 1 && !updated)
1523             continue;
1524
1525         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1526         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1527
1528         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1529             s << "\n";
1530
1531         s << "info depth " << d
1532           << " seldepth "  << selDepth
1533           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1534           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1535           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1536           << " time "      << elaspsed
1537           << " multipv "   << i + 1
1538           << " pv";
1539
1540         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1541             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1542     }
1543
1544     return s.str();
1545   }
1546
1547 } // namespace
1548
1549
1550 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1551 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1552 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1553 /// long PV to print that is important for position analysis.
1554
1555 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1556
1557   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1558   TTEntry* tte;
1559   int ply = 0;
1560   Move m = pv[0];
1561
1562   pv.clear();
1563
1564   do {
1565       pv.push_back(m);
1566
1567       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1568       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1569       tte = TT.probe(pos.key());
1570
1571   } while (   tte
1572            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1573            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1574            && ply < MAX_PLY
1575            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1576
1577   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1578
1579   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1580 }
1581
1582
1583 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1584 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1585 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1586
1587 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1588
1589   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1590   TTEntry* tte;
1591   int ply = 0;
1592
1593   do {
1594       tte = TT.probe(pos.key());
1595
1596       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1597           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply]);
1598
1599       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1600       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1601
1602   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1603
1604   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1605 }
1606
1607
1608 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1609
1610 void Thread::idle_loop() {
1611
1612   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1613   // object for which the thread is the master.
1614   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1615
1616   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1617
1618   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1619   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1620   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1621   {
1622       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1623       // instead of wasting CPU time polling for work.
1624       while (   do_sleep
1625              || do_exit
1626              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1627       {
1628           if (do_exit)
1629           {
1630               assert(!sp_master);
1631               return;
1632           }
1633
1634           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1635           mutex.lock();
1636
1637           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1638           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1639           {
1640               mutex.unlock();
1641               break;
1642           }
1643
1644           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1645           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1646           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1647           // had the chance to grab the lock.
1648           if (do_sleep || !is_searching)
1649               sleepCondition.wait(mutex);
1650
1651           mutex.unlock();
1652       }
1653
1654       // If this thread has been assigned work, launch a search
1655       if (is_searching)
1656       {
1657           assert(!do_sleep && !do_exit);
1658
1659           Threads.mutex.lock();
1660
1661           assert(is_searching);
1662           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1663
1664           Threads.mutex.unlock();
1665
1666           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1667           Position pos(*sp->pos, this);
1668
1669           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1670           (ss+1)->sp = sp;
1671
1672           sp->mutex.lock();
1673
1674           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1675
1676           sp->activePositions[idx] = &pos;
1677
1678           if (sp->nodeType == Root)
1679               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1680           else if (sp->nodeType == PV)
1681               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1682           else if (sp->nodeType == NonPV)
1683               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1684           else
1685               assert(false);
1686
1687           assert(is_searching);
1688
1689           is_searching = false;
1690           sp->activePositions[idx] = NULL;
1691           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1692           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1693
1694           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1695           // case we are the last slave of the split point.
1696           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1697               &&  this != sp->master
1698               && !sp->slavesMask)
1699           {
1700               assert(!sp->master->is_searching);
1701               sp->master->wake_up();
1702           }
1703
1704           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1705           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1706           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1707           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1708           sp->mutex.unlock();
1709       }
1710   }
1711 }
1712
1713
1714 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1715 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1716 /// available time and so stop the search.
1717
1718 void check_time() {
1719
1720   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1721   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1722
1723   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1724   {
1725       lastInfoTime = Time::now();
1726       dbg_print();
1727   }
1728
1729   if (Limits.ponder)
1730       return;
1731
1732   if (Limits.nodes)
1733   {
1734       Threads.mutex.lock();
1735
1736       nodes = RootPos.nodes_searched();
1737
1738       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1739       // all the currently active slaves positions.
1740       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1741           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1742           {
1743               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1744
1745               sp.mutex.lock();
1746
1747               nodes += sp.nodes;
1748               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1749               while (sm)
1750               {
1751                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1752                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1753               }
1754
1755               sp.mutex.unlock();
1756           }
1757
1758       Threads.mutex.unlock();
1759   }
1760
1761   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1762   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1763                          && !Signals.failedLowAtRoot
1764                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1765
1766   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1767                    || stillAtFirstMove;
1768
1769   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1770       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1771       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1772       Signals.stop = true;
1773 }