Rename yields_to_threat and prevents_threat
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       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;
486     Value eval, nullValue, futilityValue;
487     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
488     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch, threatExtension;
489     int moveCount, playedMoveCount;
490
491     // Step 1. Initialize node
492     Thread* thisThread = pos.this_thread();
493     moveCount = playedMoveCount = 0;
494     threatExtension = false;
495     inCheck = pos.checkers();
496
497     if (SpNode)
498     {
499         sp = ss->sp;
500         bestMove   = sp->bestMove;
501         threatMove = sp->threatMove;
502         bestValue  = sp->bestValue;
503         tte = NULL;
504         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
505         ttValue = VALUE_NONE;
506
507         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
508
509         goto split_point_start;
510     }
511
512     bestValue = -VALUE_INFINITE;
513     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
514     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
515     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
516     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
517
518     // Used to send selDepth info to GUI
519     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
520         thisThread->maxPly = ss->ply;
521
522     if (!RootNode)
523     {
524         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
525         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
526             return DrawValue[pos.side_to_move()];
527
528         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
529         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
530         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
531         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
532         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
533         // in this case return a fail-high score.
534         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
535         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
536         if (alpha >= beta)
537             return alpha;
538     }
539
540     // Step 4. Transposition table lookup
541     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
542     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
543     excludedMove = ss->excludedMove;
544     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
545     tte = TT.probe(posKey);
546     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
547     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), 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
554         && tte
555         && tte->depth() >= depth
556         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
557         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
558             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
559                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
560     {
561         TT.refresh(tte);
562         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
563
564         if (    ttValue >= beta
565             &&  ttMove
566             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
567             &&  ttMove != ss->killers[0])
568         {
569             ss->killers[1] = ss->killers[0];
570             ss->killers[0] = ttMove;
571         }
572         return ttValue;
573     }
574
575     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
576     if (inCheck)
577         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
578     else
579     {
580         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
581
582         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
583         if (tte && ttValue != VALUE_NONE)
584         {
585             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
586                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
587                 eval = ttValue;
588         }
589     }
590
591     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
592     // evaluation before and after the move.
593     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
594         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
595         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
596         && !pos.captured_piece_type()
597         &&  type_of(move) == NORMAL)
598     {
599         Square to = to_sq(move);
600         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
601     }
602
603     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
604     if (   !PvNode
605         &&  depth < 4 * ONE_PLY
606         && !inCheck
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. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
621     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
622     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
623     if (   !PvNode
624         && !ss->skipNullMove
625         &&  depth < 4 * ONE_PLY
626         && !inCheck
627         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
628         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
629         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
630         return eval - FutilityMargins[depth][0];
631
632     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
633     if (   !PvNode
634         && !ss->skipNullMove
635         &&  depth > ONE_PLY
636         && !inCheck
637         &&  eval >= beta
638         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
639         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
640     {
641         ss->currentMove = MOVE_NULL;
642
643         // Null move dynamic reduction based on depth
644         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
645
646         // Null move dynamic reduction based on value
647         if (eval - PawnValueMg > beta)
648             R += ONE_PLY;
649
650         pos.do_null_move<true>(st);
651         (ss+1)->skipNullMove = true;
652         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
653                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
654         (ss+1)->skipNullMove = false;
655         pos.do_null_move<false>(st);
656
657         if (nullValue >= beta)
658         {
659             // Do not return unproven mate scores
660             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
661                 nullValue = beta;
662
663             if (depth < 6 * ONE_PLY)
664                 return nullValue;
665
666             // Do verification search at high depths
667             ss->skipNullMove = true;
668             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
669             ss->skipNullMove = false;
670
671             if (v >= beta)
672                 return nullValue;
673         }
674         else
675         {
676             // The null move failed low, which means that we may be faced with
677             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
678             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
679             // move which was reduced. If a connection is found extend moves that
680             // defend against threat.
681             threatMove = (ss+1)->currentMove;
682
683             if (   depth < 5 * ONE_PLY
684                 && (ss-1)->reduction
685                 && threatMove != MOVE_NONE
686                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
687                 threatExtension = true;
688         }
689     }
690
691     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
692     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
693     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
694     // prune the previous move.
695     if (   !PvNode
696         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
697         && !inCheck
698         && !ss->skipNullMove
699         &&  excludedMove == MOVE_NONE
700         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
701     {
702         Value rbeta = beta + 200;
703         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
704
705         assert(rdepth >= ONE_PLY);
706         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
707         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
708
709         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
710         CheckInfo ci(pos);
711
712         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
713             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
714             {
715                 ss->currentMove = move;
716                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
717                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
718                 pos.undo_move(move);
719                 if (value >= rbeta)
720                     return value;
721             }
722     }
723
724     // Step 10. Internal iterative deepening
725     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
726         && ttMove == MOVE_NONE
727         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
728     {
729         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
730
731         ss->skipNullMove = true;
732         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
733         ss->skipNullMove = false;
734
735         tte = TT.probe(posKey);
736         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
737     }
738
739 split_point_start: // At split points actual search starts from here
740
741     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
742     CheckInfo ci(pos);
743     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
744     singularExtensionNode =   !RootNode
745                            && !SpNode
746                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
747                            &&  ttMove != MOVE_NONE
748                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
749                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
750                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
751
752     // Step 11. Loop through moves
753     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
754     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
755     {
756       assert(is_ok(move));
757
758       if (move == excludedMove)
759           continue;
760
761       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
762       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
763       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
764       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
765           continue;
766
767       if (SpNode)
768       {
769           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
770           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
771               continue;
772
773           moveCount = ++sp->moveCount;
774           sp->mutex.unlock();
775       }
776       else
777           moveCount++;
778
779       if (RootNode)
780       {
781           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
782
783           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
784               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
785                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
786                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
787       }
788
789       ext = DEPTH_ZERO;
790       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
791       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
792       dangerous =   givesCheck
793                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
794                  || type_of(move) == CASTLE
795                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
796                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
797                      && type_of(move) == NORMAL
798                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
799                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
800
801       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
802       if (PvNode && dangerous)
803           ext = ONE_PLY;
804
805       else if (threatExtension && prevents_move(pos, move, threatMove))
806           ext = ONE_PLY;
807
808       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
809           ext = ONE_PLY / 2;
810
811       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
812       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
813       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
814       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
815       // a margin then we extend ttMove.
816       if (    singularExtensionNode
817           &&  move == ttMove
818           && !ext
819           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
820           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
821       {
822           assert(ttValue != VALUE_NONE);
823
824           Value rBeta = ttValue - int(depth);
825           ss->excludedMove = move;
826           ss->skipNullMove = true;
827           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
828           ss->skipNullMove = false;
829           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
830
831           if (value < rBeta)
832               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
833       }
834
835       // Update current move (this must be done after singular extension search)
836       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
837
838       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
839       if (   !PvNode
840           && !captureOrPromotion
841           && !inCheck
842           && !dangerous
843           &&  move != ttMove
844           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
845                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
846       {
847           // Move count based pruning
848           if (   depth < 16 * ONE_PLY
849               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
850               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
851           {
852               if (SpNode)
853                   sp->mutex.lock();
854
855               continue;
856           }
857
858           // Value based pruning
859           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
860           // but fixing this made program slightly weaker.
861           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
862           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
863                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
864
865           if (futilityValue < beta)
866           {
867               if (SpNode)
868                   sp->mutex.lock();
869
870               continue;
871           }
872
873           // Prune moves with negative SEE at low depths
874           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
875               && pos.see_sign(move) < 0)
876           {
877               if (SpNode)
878                   sp->mutex.lock();
879
880               continue;
881           }
882       }
883
884       // Check for legality only before to do the move
885       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
886       {
887           moveCount--;
888           continue;
889       }
890
891       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
892       ss->currentMove = move;
893       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
894           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
895
896       // Step 14. Make the move
897       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
898
899       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
900       // re-searched at full depth.
901       if (    depth > 3 * ONE_PLY
902           && !pvMove
903           && !captureOrPromotion
904           && !dangerous
905           &&  ss->killers[0] != move
906           &&  ss->killers[1] != move)
907       {
908           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
909           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
910           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
911
912           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
913
914           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
915           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
916       }
917       else
918           doFullDepthSearch = !pvMove;
919
920       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
921       if (doFullDepthSearch)
922       {
923           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
924           value = newDepth < ONE_PLY ?
925                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
926                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
927                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
928       }
929
930       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
931       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
932       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
933       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
934           value = newDepth < ONE_PLY ?
935                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
936                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
938       // Step 17. Undo move
939       pos.undo_move(move);
940
941       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
942
943       // Step 18. Check for new best move
944       if (SpNode)
945       {
946           sp->mutex.lock();
947           bestValue = sp->bestValue;
948           alpha = sp->alpha;
949       }
950
951       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
952       // was aborted because the user interrupted the search or because we
953       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
954       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
955       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
956           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
957
958       if (RootNode)
959       {
960           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
961
962           // PV move or new best move ?
963           if (pvMove || value > alpha)
964           {
965               rm.score = value;
966               rm.extract_pv_from_tt(pos);
967
968               // We record how often the best move has been changed in each
969               // iteration. This information is used for time management: When
970               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
971               if (!pvMove)
972                   BestMoveChanges++;
973           }
974           else
975               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
976               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
977               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
978               rm.score = -VALUE_INFINITE;
979       }
980
981       if (value > bestValue)
982       {
983           bestValue = value;
984           if (SpNode) sp->bestValue = value;
985
986           if (value > alpha)
987           {
988               bestMove = move;
989               if (SpNode) sp->bestMove = move;
990
991               if (PvNode && value < beta)
992               {
993                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
994                   if (SpNode) sp->alpha = value;
995               }
996               else
997               {
998                   assert(value >= beta); // Fail high
999
1000                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1001                   break;
1002               }
1003           }
1004       }
1005
1006       // Step 19. Check for splitting the search
1007       if (   !SpNode
1008           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1009           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1010       {
1011           assert(bestValue < beta);
1012
1013           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1014                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1015           if (bestValue >= beta)
1016               break;
1017       }
1018     }
1019
1020     if (SpNode)
1021         return bestValue;
1022
1023     // Step 20. Check for mate and stalemate
1024     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1025     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1026     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1027     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1028     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1029     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1030     if (!moveCount)
1031         return  excludedMove ? alpha
1032               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1033
1034     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1035     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1036     {
1037         assert(!playedMoveCount);
1038
1039         bestValue = alpha;
1040     }
1041
1042     if (bestValue >= beta) // Failed high
1043     {
1044         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth, bestMove);
1045
1046         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1047         {
1048             if (bestMove != ss->killers[0])
1049             {
1050                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1051                 ss->killers[0] = bestMove;
1052             }
1053
1054             // Increase history value of the cut-off move
1055             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1056             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1057
1058             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1059             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1060             {
1061                 Move m = movesSearched[i];
1062                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1063             }
1064         }
1065     }
1066     else // Failed low or PV search
1067         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1068                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1069                  depth, bestMove);
1070
1071     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1072
1073     return bestValue;
1074   }
1075
1076
1077   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1078   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1079   // less than ONE_PLY).
1080
1081   template <NodeType NT, bool InCheck>
1082   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1083
1084     const bool PvNode = (NT == PV);
1085
1086     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1087     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1088     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1089     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1090     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1091
1092     StateInfo st;
1093     const TTEntry* tte;
1094     Key posKey;
1095     Move ttMove, move, bestMove;
1096     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1097     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable, fromNull;
1098     Depth ttDepth;
1099
1100     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1101     if (PvNode)
1102         oldAlpha = alpha;
1103
1104     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1105     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1106     fromNull = (ss-1)->currentMove == MOVE_NULL;
1107
1108     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1109     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1110         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1111
1112     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1113     // pruning, but only for move ordering.
1114     posKey = pos.key();
1115     tte = TT.probe(posKey);
1116     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1117     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1118
1119     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1120     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1121     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1122     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1123                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1124     if (   tte
1125         && tte->depth() >= ttDepth
1126         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1127         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1128             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1129                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1130     {
1131         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1132         return ttValue;
1133     }
1134
1135     // Evaluate the position statically
1136     if (InCheck)
1137     {
1138         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1139         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1140         enoughMaterial = false;
1141     }
1142     else
1143     {
1144         if (fromNull)
1145         {
1146             // Approximated score. Real one is slightly higher due to tempo
1147             ss->staticEval = bestValue = -(ss-1)->staticEval;
1148             ss->evalMargin = VALUE_ZERO;
1149         }
1150         else
1151             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1152
1153         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1154         if (bestValue >= beta)
1155         {
1156             if (!tte)
1157                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE);
1158
1159             return bestValue;
1160         }
1161
1162         if (PvNode && bestValue > alpha)
1163             alpha = bestValue;
1164
1165         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1166         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1167     }
1168
1169     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1170     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1171     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1172     // be generated.
1173     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1174     CheckInfo ci(pos);
1175
1176     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1177     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1178     {
1179       assert(is_ok(move));
1180
1181       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1182
1183       // Futility pruning
1184       if (   !PvNode
1185           && !InCheck
1186           && !fromNull
1187           && !givesCheck
1188           &&  move != ttMove
1189           &&  enoughMaterial
1190           &&  type_of(move) != PROMOTION
1191           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1192       {
1193           futilityValue =  futilityBase
1194                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1195                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1196
1197           if (futilityValue < beta)
1198           {
1199               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1200               continue;
1201           }
1202
1203           // Prune moves with negative or equal SEE
1204           if (   futilityBase < beta
1205               && depth < DEPTH_ZERO
1206               && pos.see(move) <= 0)
1207           {
1208               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1209               continue;
1210           }
1211       }
1212
1213       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1214       evasionPrunable =   !PvNode
1215                        &&  InCheck
1216                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1217                        && !pos.is_capture(move)
1218                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1219
1220       // Don't search moves with negative SEE values
1221       if (   !PvNode
1222           && (!InCheck || evasionPrunable)
1223           &&  move != ttMove
1224           &&  type_of(move) != PROMOTION
1225           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1226           continue;
1227
1228       // Don't search useless checks
1229       if (   !PvNode
1230           && !InCheck
1231           &&  givesCheck
1232           &&  move != ttMove
1233           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1234           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1235           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1236           continue;
1237
1238       // Check for legality only before to do the move
1239       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1240           continue;
1241
1242       ss->currentMove = move;
1243
1244       // Make and search the move
1245       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1246       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1247                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1248       pos.undo_move(move);
1249
1250       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1251
1252       // Check for new best move
1253       if (value > bestValue)
1254       {
1255           bestValue = value;
1256
1257           if (value > alpha)
1258           {
1259               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1260               {
1261                   alpha = value;
1262                   bestMove = move;
1263               }
1264               else // Fail high
1265               {
1266                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER, ttDepth, move);
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);
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   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1314
1315   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1316   {
1317     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1318     Square from = from_sq(move);
1319     Square to = to_sq(move);
1320     Color them = ~pos.side_to_move();
1321     Square ksq = pos.king_square(them);
1322     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1323     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1324     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1325     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1326     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1327
1328     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1329     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1330         return true;
1331
1332     // Queen contact check is very dangerous
1333     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1334         return true;
1335
1336     // Creating new double threats with checks is dangerous
1337     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1338     while (b)
1339     {
1340         // Note that here we generate illegal "double move"!
1341         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1342             return true;
1343     }
1344
1345     return false;
1346   }
1347
1348
1349   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1350   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1351   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1352   // from a null search that fails low).
1353
1354   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1355
1356     assert(is_ok(first));
1357     assert(is_ok(second));
1358     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1359     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1360
1361     Square m1from = from_sq(first);
1362     Square m2from = from_sq(second);
1363     Square m1to = to_sq(first);
1364     Square m2to = to_sq(second);
1365
1366     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1367     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1368         return true;
1369
1370     // Second one moves through the square vacated by first one
1371     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1372       return true;
1373
1374     // Second's destination is defended by the first move's piece
1375     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1376     if (m1att & m2to)
1377         return true;
1378
1379     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1380     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1381     {
1382         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1383         return true;
1384     }
1385
1386     return false;
1387   }
1388
1389
1390   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1391   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1392   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1393   // that fails low).
1394
1395   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1396
1397     assert(is_ok(first));
1398     assert(is_ok(second));
1399     assert(!pos.is_capture_or_promotion(first));
1400     assert(!pos.is_passed_pawn_push(first));
1401
1402     Square m1from = from_sq(first);
1403     Square m2from = from_sq(second);
1404     Square m1to = to_sq(first);
1405     Square m2to = to_sq(second);
1406
1407     // Don't prune moves of the threatened piece
1408     if (m1from == m2to)
1409         return true;
1410
1411     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1412     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1413     if (    pos.is_capture(second)
1414         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1415             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1416     {
1417         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1418         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1419         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1420
1421         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1422         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1423             return true;
1424
1425         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1426         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1427                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1428
1429         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1430         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1431             return true;
1432     }
1433
1434     // Don't prune safe moves which block the threat path
1435     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1436         return true;
1437
1438     return false;
1439   }
1440
1441
1442   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1443   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1444
1445   Move Skill::pick_move() {
1446
1447     static RKISS rk;
1448
1449     // PRNG sequence should be not deterministic
1450     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1451         rk.rand<unsigned>();
1452
1453     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1454     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1455     int weakness = 120 - 2 * level;
1456     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1457     best = MOVE_NONE;
1458
1459     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1460     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1461     // then we choose the move with the resulting highest score.
1462     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1463     {
1464         int s = RootMoves[i].score;
1465
1466         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1467         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1468             break;
1469
1470         // This is our magic formula
1471         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1472               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1473
1474         if (s > max_s)
1475         {
1476             max_s = s;
1477             best = RootMoves[i].pv[0];
1478         }
1479     }
1480     return best;
1481   }
1482
1483
1484   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1485   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1486   // the previous search score.
1487
1488   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1489
1490     std::stringstream s;
1491     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1492     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1493     int selDepth = 0;
1494
1495     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1496         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1497             selDepth = Threads[i].maxPly;
1498
1499     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1500     {
1501         bool updated = (i <= PVIdx);
1502
1503         if (depth == 1 && !updated)
1504             continue;
1505
1506         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1507         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1508
1509         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1510             s << "\n";
1511
1512         s << "info depth " << d
1513           << " seldepth "  << selDepth
1514           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1515           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1516           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1517           << " time "      << elaspsed
1518           << " multipv "   << i + 1
1519           << " pv";
1520
1521         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1522             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1523     }
1524
1525     return s.str();
1526   }
1527
1528 } // namespace
1529
1530
1531 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1532 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1533 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1534 /// long PV to print that is important for position analysis.
1535
1536 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1537
1538   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1539   TTEntry* tte;
1540   int ply = 0;
1541   Move m = pv[0];
1542
1543   pv.clear();
1544
1545   do {
1546       pv.push_back(m);
1547
1548       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1549
1550       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1551       tte = TT.probe(pos.key());
1552
1553   } while (   tte
1554            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1555            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1556            && ply < MAX_PLY
1557            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1558
1559   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1560
1561   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1562 }
1563
1564
1565 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1566 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1567 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1568
1569 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1570
1571   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1572   TTEntry* tte;
1573   int ply = 0;
1574
1575   do {
1576       tte = TT.probe(pos.key());
1577
1578       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1579           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply]);
1580
1581       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1582
1583       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1584
1585   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1586
1587   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1588 }
1589
1590
1591 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1592
1593 void Thread::idle_loop() {
1594
1595   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1596   // object for which the thread is the master.
1597   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1598
1599   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1600
1601   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1602   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1603   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1604   {
1605       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1606       // instead of wasting CPU time polling for work.
1607       while (   do_sleep
1608              || do_exit
1609              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1610       {
1611           if (do_exit)
1612           {
1613               assert(!sp_master);
1614               return;
1615           }
1616
1617           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1618           mutex.lock();
1619
1620           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1621           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1622           {
1623               mutex.unlock();
1624               break;
1625           }
1626
1627           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1628           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1629           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1630           // had the chance to grab the lock.
1631           if (do_sleep || !is_searching)
1632               sleepCondition.wait(mutex);
1633
1634           mutex.unlock();
1635       }
1636
1637       // If this thread has been assigned work, launch a search
1638       if (is_searching)
1639       {
1640           assert(!do_sleep && !do_exit);
1641
1642           Threads.mutex.lock();
1643
1644           assert(is_searching);
1645           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1646
1647           Threads.mutex.unlock();
1648
1649           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1650           Position pos(*sp->pos, this);
1651
1652           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1653           (ss+1)->sp = sp;
1654
1655           sp->mutex.lock();
1656
1657           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1658
1659           sp->activePositions[idx] = &pos;
1660
1661           if (sp->nodeType == Root)
1662               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1663           else if (sp->nodeType == PV)
1664               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1665           else if (sp->nodeType == NonPV)
1666               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1667           else
1668               assert(false);
1669
1670           assert(is_searching);
1671
1672           is_searching = false;
1673           sp->activePositions[idx] = NULL;
1674           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1675           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1676
1677           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1678           // case we are the last slave of the split point.
1679           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1680               &&  this != sp->master
1681               && !sp->slavesMask)
1682           {
1683               assert(!sp->master->is_searching);
1684               sp->master->wake_up();
1685           }
1686
1687           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1688           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1689           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1690           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1691           sp->mutex.unlock();
1692       }
1693   }
1694 }
1695
1696
1697 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1698 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1699 /// available time and so stop the search.
1700
1701 void check_time() {
1702
1703   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1704   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1705
1706   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1707   {
1708       lastInfoTime = Time::now();
1709       dbg_print();
1710   }
1711
1712   if (Limits.ponder)
1713       return;
1714
1715   if (Limits.nodes)
1716   {
1717       Threads.mutex.lock();
1718
1719       nodes = RootPos.nodes_searched();
1720
1721       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1722       // all the currently active slaves positions.
1723       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1724           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1725           {
1726               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1727
1728               sp.mutex.lock();
1729
1730               nodes += sp.nodes;
1731               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1732               while (sm)
1733               {
1734                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1735                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1736               }
1737
1738               sp.mutex.unlock();
1739           }
1740
1741       Threads.mutex.unlock();
1742   }
1743
1744   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1745   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1746                          && !Signals.failedLowAtRoot
1747                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1748
1749   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1750                    || stillAtFirstMove;
1751
1752   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1753       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1754       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1755       Signals.stop = true;
1756 }