0bd1de4e57246b49e5e11a9ead90308a7aac2557
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   History Hist;
90   Gains Gain;
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(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool refutes(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.game_ply(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232       Threads[i]->maxPly = 0;
233
234   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   Threads.timer->msec =
239   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
240                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
241                                : 100;
242
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Use Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
268   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
269   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
270   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
271   // raise Signals.stop).
272   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
273   {
274       Signals.stopOnPonderhit = true;
275       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
276   }
277
278   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
279   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
280             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
281             << sync_endl;
282 }
283
284
285 namespace {
286
287   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
288   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
289   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291   void id_loop(Position& pos) {
292
293     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
294     int depth, prevBestMoveChanges;
295     Value bestValue, alpha, beta, delta;
296
297     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
298     depth = BestMoveChanges = 0;
299     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
300     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
301     TT.new_search();
302     Hist.clear();
303     Gain.clear();
304
305     PVSize = Options["MultiPV"];
306     Skill skill(Options["Skill Level"]);
307
308     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
309     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
310     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
311         PVSize = 4;
312
313     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
314
315     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
316     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
317     {
318         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
319         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
320         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
321             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
322
323         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
324         BestMoveChanges = 0;
325
326         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
327         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
328         {
329             // Set aspiration window default width
330             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
331             {
332                 delta = Value(16);
333                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
334                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
335             }
336             else
337             {
338                 alpha = -VALUE_INFINITE;
339                 beta  =  VALUE_INFINITE;
340             }
341
342             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
343             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
347                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
348                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
349
350                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
351                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
352                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
353                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
354                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
355                 // the already searched PV lines are preserved.
356                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
357
358                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
359                 // entries have been overwritten during the search.
360                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
361                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
362
363                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
364                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
365                 // valid, although refers to previous iteration.
366                 if (Signals.stop)
367                     return;
368
369                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
370                 // research, otherwise exit the loop.
371                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
372                     break;
373
374                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
375                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
376                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
377
378                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
379                 {
380                     alpha = -VALUE_INFINITE;
381                     beta  =  VALUE_INFINITE;
382                 }
383                 else if (bestValue >= beta)
384                 {
385                     beta += delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388                 else
389                 {
390                     Signals.failedLowAtRoot = true;
391                     Signals.stopOnPonderhit = false;
392
393                     alpha -= delta;
394                     delta += delta / 2;
395                 }
396
397                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
398             }
399
400             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
401             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
402
403             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
404                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
405         }
406
407         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
408         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
409             skill.pick_move();
410
411         if (Options["Use Search Log"])
412         {
413             Log log(Options["Search Log Filename"]);
414             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
415                 << std::endl;
416         }
417
418         // Do we have found a "mate in x"?
419         if (   Limits.mate
420             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
421             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
422             Signals.stop = true;
423
424         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
425         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
426         {
427             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
428
429             // Take in account some extra time if the best move has changed
430             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
431                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
432
433             // Stop search if most of available time is already consumed. We
434             // probably don't have enough time to search the first move at the
435             // next iteration anyway.
436             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             // Stop search early if one move seems to be much better than others
440             if (    depth >= 12
441                 && !stop
442                 &&  PVSize == 1
443                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
444                 && (   RootMoves.size() == 1
445                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
446             {
447                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
448                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
449                 (ss+1)->skipNullMove = true;
450                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
451                 (ss+1)->skipNullMove = false;
452                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
453
454                 if (v < rBeta)
455                     stop = true;
456             }
457
458             if (stop)
459             {
460                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
461                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
462                 if (Limits.ponder)
463                     Signals.stopOnPonderhit = true;
464                 else
465                     Signals.stop = true;
466             }
467         }
468     }
469   }
470
471
472   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
473   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
474   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
475   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
476   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
477   // here: This is taken care of after we return from the split point.
478
479   template <NodeType NT>
480   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
481
482     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
483     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
484     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
485
486     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
487     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
488     assert(depth > DEPTH_ZERO);
489
490     Move movesSearched[64];
491     StateInfo st;
492     Eval::Info ei;
493     const TTEntry *tte;
494     SplitPoint* splitPoint;
495     Key posKey;
496     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
497     Depth ext, newDepth;
498     Value bestValue, value, ttValue;
499     Value eval, nullValue, futilityValue;
500     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
501     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
502     int moveCount, playedMoveCount;
503
504     // Step 1. Initialize node
505     Thread* thisThread = pos.this_thread();
506     moveCount = playedMoveCount = 0;
507     inCheck = pos.checkers();
508
509     if (SpNode)
510     {
511         splitPoint = ss->splitPoint;
512         bestMove   = splitPoint->bestMove;
513         threatMove = splitPoint->threatMove;
514         bestValue  = splitPoint->bestValue;
515         tte = NULL;
516         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
517         ttValue = VALUE_NONE;
518
519         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
520
521         goto split_point_start;
522     }
523
524     bestValue = -VALUE_INFINITE;
525     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
526     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
527     ss->ei = &ei;
528     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
529     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
530
531     // Used to send selDepth info to GUI
532     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
533         thisThread->maxPly = ss->ply;
534
535     if (!RootNode)
536     {
537         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
538         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
539             return DrawValue[pos.side_to_move()];
540
541         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
542         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
543         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
544         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
545         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
546         // in this case return a fail-high score.
547         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
548         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
549         if (alpha >= beta)
550             return alpha;
551     }
552
553     // Step 4. Transposition table lookup
554     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
555     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
556     excludedMove = ss->excludedMove;
557     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
558     tte = TT.probe(posKey);
559     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
560     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
561
562     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
563     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
564     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
565     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
566     if (   !RootNode
567         && tte
568         && tte->depth() >= depth
569         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
570         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
571             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
572                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
573     {
574         TT.refresh(tte);
575         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
576
577         if (    ttValue >= beta
578             &&  ttMove
579             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
580             &&  ttMove != ss->killers[0])
581         {
582             ss->killers[1] = ss->killers[0];
583             ss->killers[0] = ttMove;
584         }
585         return ttValue;
586     }
587
588     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
589     if (inCheck)
590         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
591
592     else if (tte)
593     {
594         // Never assume anything on values stored in TT
595         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
596             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
597             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin, &ei);
598
599         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
600         if (ttValue != VALUE_NONE)
601             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
602                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
603                 eval = ttValue;
604     }
605     else
606     {
607         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin, &ei);
608         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
609                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
610     }
611
612     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
613     // evaluation before and after the move.
614     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
615         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
616         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
617         && !pos.captured_piece_type()
618         &&  type_of(move) == NORMAL)
619     {
620         Square to = to_sq(move);
621         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
622     }
623
624     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
625     if (   !PvNode
626         &&  depth < 4 * ONE_PLY
627         && !inCheck
628         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
629         &&  ttMove == MOVE_NONE
630         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
631         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
632     {
633         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
634         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
635         if (v < rbeta)
636             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
637             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
638             return v;
639     }
640
641     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
642     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
643     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
644     if (   !PvNode
645         && !ss->skipNullMove
646         &&  depth < 4 * ONE_PLY
647         && !inCheck
648         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
649         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
650         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
651         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
652
653     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
654     if (   !PvNode
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  depth > ONE_PLY
657         && !inCheck
658         &&  eval >= beta
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
660         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
661     {
662         ss->currentMove = MOVE_NULL;
663
664         // Null move dynamic reduction based on depth
665         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
666
667         // Null move dynamic reduction based on value
668         if (eval - PawnValueMg > beta)
669             R += ONE_PLY;
670
671         pos.do_null_move(st);
672         (ss+1)->skipNullMove = true;
673         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
674                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
675         (ss+1)->skipNullMove = false;
676         pos.undo_null_move();
677
678         if (nullValue >= beta)
679         {
680             // Do not return unproven mate scores
681             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
682                 nullValue = beta;
683
684             if (depth < 12 * ONE_PLY)
685                 return nullValue;
686
687             // Do verification search at high depths
688             ss->skipNullMove = true;
689             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
690             ss->skipNullMove = false;
691
692             if (v >= beta)
693                 return nullValue;
694         }
695         else
696         {
697             // The null move failed low, which means that we may be faced with
698             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
699             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
700             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
701             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
702             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
703             threatMove = (ss+1)->currentMove;
704
705             if (   depth < 5 * ONE_PLY
706                 && (ss-1)->reduction
707                 && threatMove != MOVE_NONE
708                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
709                 return beta - 1;
710         }
711     }
712
713     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
714     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
715     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
716     // prune the previous move.
717     if (   !PvNode
718         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
719         && !inCheck
720         && !ss->skipNullMove
721         &&  excludedMove == MOVE_NONE
722         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
723     {
724         Value rbeta = beta + 200;
725         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
726
727         assert(rdepth >= ONE_PLY);
728         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
729         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
730
731         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
732         CheckInfo ci(pos);
733
734         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
735             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
736             {
737                 ss->currentMove = move;
738                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
739                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
740                 pos.undo_move(move);
741                 if (value >= rbeta)
742                     return value;
743             }
744     }
745
746     // Step 10. Internal iterative deepening
747     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
748         && ttMove == MOVE_NONE
749         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
750     {
751         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
752
753         ss->skipNullMove = true;
754         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
755         ss->skipNullMove = false;
756
757         tte = TT.probe(posKey);
758         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
759     }
760
761 split_point_start: // At split points actual search starts from here
762
763     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
764     CheckInfo ci(pos);
765     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
766     singularExtensionNode =   !RootNode
767                            && !SpNode
768                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
769                            &&  ttMove != MOVE_NONE
770                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
771                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
772                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
773
774     // Step 11. Loop through moves
775     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
776     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
777     {
778       assert(is_ok(move));
779
780       if (move == excludedMove)
781           continue;
782
783       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
784       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
785       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
786       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
787           continue;
788
789       if (SpNode)
790       {
791           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
792           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
793               continue;
794
795           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
796           splitPoint->mutex.unlock();
797       }
798       else
799           moveCount++;
800
801       if (RootNode)
802       {
803           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
804
805           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
806               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
807                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
808                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
809       }
810
811       ss->futilityMoveCount = 0;
812       ext = DEPTH_ZERO;
813       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
814       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
815       dangerous =   givesCheck
816                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
817                  || type_of(move) == CASTLE
818                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
819                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
820                      && type_of(move) == NORMAL
821                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
822                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
823
824       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
825       if (PvNode && dangerous)
826           ext = ONE_PLY;
827
828       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
829           ext = ONE_PLY / 2;
830
831       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
832       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
833       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
834       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
835       // a margin then we extend ttMove.
836       if (    singularExtensionNode
837           &&  move == ttMove
838           && !ext
839           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
840           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
841       {
842           assert(ttValue != VALUE_NONE);
843
844           Value rBeta = ttValue - int(depth);
845           ss->excludedMove = move;
846           ss->skipNullMove = true;
847           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
848           ss->skipNullMove = false;
849           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
850
851           if (value < rBeta)
852               ext = ONE_PLY;
853       }
854
855       // Update current move (this must be done after singular extension search)
856       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
857
858       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
859       if (   !PvNode
860           && !captureOrPromotion
861           && !inCheck
862           && !dangerous
863        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
864           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
865       {
866           // Move count based pruning
867           if (   depth < 16 * ONE_PLY
868               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
869               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
870           {
871               if (SpNode)
872                   splitPoint->mutex.lock();
873
874               continue;
875           }
876
877           // Value based pruning
878           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
879           // but fixing this made program slightly weaker.
880           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
881           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
882                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
883
884           if (futilityValue < beta)
885           {
886               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
887
888               if (SpNode)
889               {
890                   splitPoint->mutex.lock();
891                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
892                       splitPoint->bestValue = bestValue;
893               }
894               continue;
895           }
896
897           // Prune moves with negative SEE at low depths
898           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
899               && pos.see_sign(move) < 0)
900           {
901               if (SpNode)
902                   splitPoint->mutex.lock();
903
904               continue;
905           }
906
907           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
908           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
909           ss->futilityMoveCount = moveCount;
910       }
911
912       // Check for legality only before to do the move
913       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
914       {
915           moveCount--;
916           continue;
917       }
918
919       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
920       ss->currentMove = move;
921       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
922           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
923
924       // Step 14. Make the move
925       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
926
927       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
928       // re-searched at full depth.
929       if (    depth > 3 * ONE_PLY
930           && !pvMove
931           && !captureOrPromotion
932           && !dangerous
933           &&  move != ttMove
934           &&  move != ss->killers[0]
935           &&  move != ss->killers[1])
936       {
937           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
938           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
939           if (SpNode)
940               alpha = splitPoint->alpha;
941
942           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
943
944           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
945           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
946       }
947       else
948           doFullDepthSearch = !pvMove;
949
950       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
951       if (doFullDepthSearch)
952       {
953           if (SpNode)
954               alpha = splitPoint->alpha;
955
956           value = newDepth < ONE_PLY ?
957                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
959                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
960       }
961
962       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
963       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
964       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
965       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
966           value = newDepth < ONE_PLY ?
967                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
969                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
970       // Step 17. Undo move
971       pos.undo_move(move);
972
973       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
974
975       // Step 18. Check for new best move
976       if (SpNode)
977       {
978           splitPoint->mutex.lock();
979           bestValue = splitPoint->bestValue;
980           alpha = splitPoint->alpha;
981       }
982
983       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
984       // was aborted because the user interrupted the search or because we
985       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
986       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
987       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
988           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
989
990       if (RootNode)
991       {
992           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
993
994           // PV move or new best move ?
995           if (pvMove || value > alpha)
996           {
997               rm.score = value;
998               rm.extract_pv_from_tt(pos);
999
1000               // We record how often the best move has been changed in each
1001               // iteration. This information is used for time management: When
1002               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1003               if (!pvMove)
1004                   BestMoveChanges++;
1005           }
1006           else
1007               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1008               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1009               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1010               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1011       }
1012
1013       if (value > bestValue)
1014       {
1015           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1016
1017           if (value > alpha)
1018           {
1019               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1020
1021               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1022                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1023               else
1024               {
1025                   assert(value >= beta); // Fail high
1026
1027                   if (SpNode)
1028                       splitPoint->cutoff = true;
1029
1030                   break;
1031               }
1032           }
1033       }
1034
1035       // Step 19. Check for splitting the search
1036       if (   !SpNode
1037           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1038           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1039           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1040       {
1041           assert(bestValue < beta);
1042
1043           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1044                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1045           if (bestValue >= beta)
1046               break;
1047       }
1048     }
1049
1050     if (SpNode)
1051         return bestValue;
1052
1053     // Step 20. Check for mate and stalemate
1054     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1055     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1056     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1057     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1058     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1059     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1060     if (!moveCount)
1061         return  excludedMove ? alpha
1062               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1063
1064     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1065     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1066     {
1067         assert(!playedMoveCount);
1068
1069         bestValue = alpha;
1070     }
1071
1072     if (bestValue >= beta) // Failed high
1073     {
1074         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1075                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1076
1077         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1078         {
1079             if (bestMove != ss->killers[0])
1080             {
1081                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1082                 ss->killers[0] = bestMove;
1083             }
1084
1085             // Increase history value of the cut-off move
1086             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1087             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1088
1089             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1090             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1091             {
1092                 Move m = movesSearched[i];
1093                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1094             }
1095         }
1096     }
1097     else // Failed low or PV search
1098         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1099                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1100                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1101
1102     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1103
1104     return bestValue;
1105   }
1106
1107
1108   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1109   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1110   // less than ONE_PLY).
1111
1112   template <NodeType NT, bool InCheck>
1113   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1114
1115     const bool PvNode = (NT == PV);
1116
1117     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1118     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1119     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1120     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1121     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1122
1123     StateInfo st;
1124     Eval::Info ei;
1125     const TTEntry* tte;
1126     Key posKey;
1127     Move ttMove, move, bestMove;
1128     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1129     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1130     Depth ttDepth;
1131
1132     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1133     if (PvNode)
1134         oldAlpha = alpha;
1135
1136     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1137     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1138
1139     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1140     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1141         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1142
1143     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1144     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1145     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1146     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1147                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1148
1149     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1150     // pruning, but only for move ordering.
1151     posKey = pos.key();
1152     tte = TT.probe(posKey);
1153     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1154     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1155
1156     if (   tte
1157         && tte->depth() >= ttDepth
1158         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1159         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1160             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1161                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1162     {
1163         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1164         return ttValue;
1165     }
1166
1167     // Evaluate the position statically
1168     if (InCheck)
1169     {
1170         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1171         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1172         enoughMaterial = false;
1173     }
1174     else
1175     {
1176         if (tte)
1177         {
1178             // Never assume anything on values stored in TT
1179             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1180                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1181                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin, &ei);
1182         }
1183         else
1184             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin, &ei);
1185
1186         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1187         if (bestValue >= beta)
1188         {
1189             if (!tte)
1190                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1191                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1192
1193             return bestValue;
1194         }
1195
1196         if (PvNode && bestValue > alpha)
1197             alpha = bestValue;
1198
1199         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1200         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1201     }
1202
1203     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1204     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1205     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1206     // be generated.
1207     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1208     CheckInfo ci(pos);
1209
1210     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1211     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1212     {
1213       assert(is_ok(move));
1214
1215       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1216
1217       // Futility pruning
1218       if (   !PvNode
1219           && !InCheck
1220           && !givesCheck
1221           &&  move != ttMove
1222           &&  enoughMaterial
1223           &&  type_of(move) != PROMOTION
1224           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1225       {
1226           futilityValue =  futilityBase
1227                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1228                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1229
1230           if (futilityValue < beta)
1231           {
1232               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1233               continue;
1234           }
1235
1236           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1237           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1238           if (   futilityBase < beta
1239               && depth < DEPTH_ZERO
1240               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1241           {
1242               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1243               continue;
1244           }
1245       }
1246
1247       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1248       evasionPrunable =   !PvNode
1249                        &&  InCheck
1250                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1251                        && !pos.is_capture(move)
1252                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1253
1254       // Don't search moves with negative SEE values
1255       if (   !PvNode
1256           && (!InCheck || evasionPrunable)
1257           &&  move != ttMove
1258           &&  type_of(move) != PROMOTION
1259           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1260           continue;
1261
1262       // Don't search useless checks
1263       if (   !PvNode
1264           && !InCheck
1265           &&  givesCheck
1266           &&  move != ttMove
1267           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1268           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1269           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1270           continue;
1271
1272       // Check for legality only before to do the move
1273       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1274           continue;
1275
1276       ss->currentMove = move;
1277
1278       // Make and search the move
1279       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1280       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1281                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1282       pos.undo_move(move);
1283
1284       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1285
1286       // Check for new best move
1287       if (value > bestValue)
1288       {
1289           bestValue = value;
1290
1291           if (value > alpha)
1292           {
1293               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1294               {
1295                   alpha = value;
1296                   bestMove = move;
1297               }
1298               else // Fail high
1299               {
1300                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1301                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1302
1303                   return value;
1304               }
1305           }
1306        }
1307     }
1308
1309     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1310     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1311     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1312         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1313
1314     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1315              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1316              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1317
1318     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1319
1320     return bestValue;
1321   }
1322
1323
1324   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1325   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1326   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1327
1328   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1329
1330     assert(v != VALUE_NONE);
1331
1332     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1333           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1334   }
1335
1336
1337   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1338   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1339   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1340
1341   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1342
1343     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1344           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1345           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1346   }
1347
1348
1349   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1350
1351   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1352   {
1353     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1354     Square from = from_sq(move);
1355     Square to = to_sq(move);
1356     Color them = ~pos.side_to_move();
1357     Square ksq = pos.king_square(them);
1358     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1359     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1360     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1361     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1362     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1363
1364     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1365     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1366         return true;
1367
1368     // Queen contact check is very dangerous
1369     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1370         return true;
1371
1372     // Creating new double threats with checks is dangerous
1373     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1374     while (b)
1375     {
1376         // Note that here we generate illegal "double move"!
1377         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1378             return true;
1379     }
1380
1381     return false;
1382   }
1383
1384
1385   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1386   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1387   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1388   // from a null search that fails low).
1389
1390   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1391
1392     assert(is_ok(first));
1393     assert(is_ok(second));
1394     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1395     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1396
1397     Square m1from = from_sq(first);
1398     Square m2from = from_sq(second);
1399     Square m1to = to_sq(first);
1400     Square m2to = to_sq(second);
1401
1402     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1403     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1404         return true;
1405
1406     // Second one moves through the square vacated by first one
1407     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1408       return true;
1409
1410     // Second's destination is defended by the first move's piece
1411     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1412     if (m1att & m2to)
1413         return true;
1414
1415     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1416     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1417     {
1418         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1419         return true;
1420     }
1421
1422     return false;
1423   }
1424
1425
1426   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1427   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1428   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1429
1430   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1431
1432     assert(is_ok(first));
1433     assert(is_ok(second));
1434
1435     Square m1from = from_sq(first);
1436     Square m2from = from_sq(second);
1437     Square m1to = to_sq(first);
1438     Square m2to = to_sq(second);
1439
1440     // Don't prune moves of the threatened piece
1441     if (m1from == m2to)
1442         return true;
1443
1444     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1445     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1446     if (    pos.is_capture(second)
1447         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1448             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1449     {
1450         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1451         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1452         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1453
1454         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1455         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1456             return true;
1457
1458         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1459         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1460                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1461
1462         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1463         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1464             return true;
1465     }
1466
1467     // Don't prune safe moves which block the threat path
1468     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1469         return true;
1470
1471     return false;
1472   }
1473
1474
1475   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1476   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1477
1478   Move Skill::pick_move() {
1479
1480     static RKISS rk;
1481
1482     // PRNG sequence should be not deterministic
1483     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1484         rk.rand<unsigned>();
1485
1486     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1487     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1488     int weakness = 120 - 2 * level;
1489     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1490     best = MOVE_NONE;
1491
1492     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1493     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1494     // then we choose the move with the resulting highest score.
1495     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1496     {
1497         int s = RootMoves[i].score;
1498
1499         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1500         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1501             break;
1502
1503         // This is our magic formula
1504         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1505               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1506
1507         if (s > max_s)
1508         {
1509             max_s = s;
1510             best = RootMoves[i].pv[0];
1511         }
1512     }
1513     return best;
1514   }
1515
1516
1517   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1518   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1519   // the previous search score.
1520
1521   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1522
1523     std::stringstream s;
1524     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1525     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1526     int selDepth = 0;
1527
1528     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1529         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1530             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1531
1532     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1533     {
1534         bool updated = (i <= PVIdx);
1535
1536         if (depth == 1 && !updated)
1537             continue;
1538
1539         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1540         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1541
1542         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1543             s << "\n";
1544
1545         s << "info depth " << d
1546           << " seldepth "  << selDepth
1547           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1548           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1549           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1550           << " time "      << elaspsed
1551           << " multipv "   << i + 1
1552           << " pv";
1553
1554         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1555             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1556     }
1557
1558     return s.str();
1559   }
1560
1561 } // namespace
1562
1563
1564 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1565 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1566 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1567 /// long PV to print that is important for position analysis.
1568
1569 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1570
1571   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1572   TTEntry* tte;
1573   int ply = 0;
1574   Move m = pv[0];
1575
1576   pv.clear();
1577
1578   do {
1579       pv.push_back(m);
1580
1581       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1582
1583       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1584       tte = TT.probe(pos.key());
1585
1586   } while (   tte
1587            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1588            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1589            && ply < MAX_PLY
1590            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1591
1592   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1593
1594   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1595 }
1596
1597
1598 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1599 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1600 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1601
1602 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1603
1604   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1605   TTEntry* tte;
1606   int ply = 0;
1607
1608   do {
1609       tte = TT.probe(pos.key());
1610
1611       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1612           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1613
1614       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1615
1616       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1617
1618   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1619
1620   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1621 }
1622
1623
1624 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1625
1626 void Thread::idle_loop() {
1627
1628   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1629   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1630   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1631
1632   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1633
1634   while (true)
1635   {
1636       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1637       // wasting CPU time polling for work.
1638       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1639       {
1640           if (exit)
1641           {
1642               assert(!this_sp);
1643               return;
1644           }
1645
1646           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1647           mutex.lock();
1648
1649           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1650           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1651           {
1652               mutex.unlock();
1653               break;
1654           }
1655
1656           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1657           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1658           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1659           // we had the chance to grab the lock.
1660           if (!searching && !exit)
1661               sleepCondition.wait(mutex);
1662
1663           mutex.unlock();
1664       }
1665
1666       // If this thread has been assigned work, launch a search
1667       if (searching)
1668       {
1669           assert(!exit);
1670
1671           Threads.mutex.lock();
1672
1673           assert(searching);
1674           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1675
1676           Threads.mutex.unlock();
1677
1678           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1679           Position pos(*sp->pos, this);
1680
1681           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1682           (ss+1)->splitPoint = sp;
1683
1684           sp->mutex.lock();
1685
1686           assert(activePosition == NULL);
1687
1688           activePosition = &pos;
1689
1690           switch (sp->nodeType) {
1691           case Root:
1692               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1693               break;
1694           case PV:
1695               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1696               break;
1697           case NonPV:
1698               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1699               break;
1700           default:
1701               assert(false);
1702           }
1703
1704           assert(searching);
1705
1706           searching = false;
1707           activePosition = NULL;
1708           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1709           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1710
1711           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1712           // in case we are the last slave of the split point.
1713           if (    Threads.sleepWhileIdle
1714               &&  this != sp->masterThread
1715               && !sp->slavesMask)
1716           {
1717               assert(!sp->masterThread->searching);
1718               sp->masterThread->notify_one();
1719           }
1720
1721           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1722           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1723           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1724           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1725           sp->mutex.unlock();
1726       }
1727
1728       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1729       // their work at this split point, return from the idle loop.
1730       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1731       {
1732           this_sp->mutex.lock();
1733           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1734           this_sp->mutex.unlock();
1735           if (finished)
1736               return;
1737       }
1738   }
1739 }
1740
1741
1742 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1743 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1744 /// available time and so stop the search.
1745
1746 void check_time() {
1747
1748   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1749   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1750
1751   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1752   {
1753       lastInfoTime = Time::now();
1754       dbg_print();
1755   }
1756
1757   if (Limits.ponder)
1758       return;
1759
1760   if (Limits.nodes)
1761   {
1762       Threads.mutex.lock();
1763
1764       nodes = RootPos.nodes_searched();
1765
1766       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1767       // all the currently active positions nodes.
1768       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1769           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1770           {
1771               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1772
1773               sp.mutex.lock();
1774
1775               nodes += sp.nodes;
1776               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1777               while (sm)
1778               {
1779                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1780                   if (pos)
1781                       nodes += pos->nodes_searched();
1782               }
1783
1784               sp.mutex.unlock();
1785           }
1786
1787       Threads.mutex.unlock();
1788   }
1789
1790   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1791   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1792                          && !Signals.failedLowAtRoot
1793                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1794
1795   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1796                    || stillAtFirstMove;
1797
1798   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1799       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1800       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1801       Signals.stop = true;
1802 }