0de9e8f9c85da4d7800ccdd32086eb831f0a0454
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   Value FutilityMargins[14][64]; // [depth][moveNumber]
67   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
68
69   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
70     assert(DEPTH_ZERO <= d && d < 7 * ONE_PLY);
71     return FutilityMargins[d][std::min(mn, 63)];
72   }
73
74   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
75   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78
79     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
80   }
81
82   size_t PVSize, PVIdx;
83   TimeManager TimeMgr;
84   double BestMoveChanges;
85   Value DrawValue[COLOR_NB];
86   HistoryStats History;
87   CountermovesStats Countermoves;
88
89   template <NodeType NT>
90   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
91
92   template <NodeType NT, bool InCheck>
93   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   void id_loop(Position& pos);
96   Value value_to_tt(Value v, int ply);
97   Value value_from_tt(Value v, int ply);
98   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
99   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
100   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
101
102   struct Skill {
103     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
104    ~Skill() {
105       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
106           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
107                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
108     }
109
110     bool enabled() const { return level < 20; }
111     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
112     Move pick_move();
113
114     int level;
115     Move best;
116   };
117
118 } // namespace
119
120
121 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
122
123 void Search::init() {
124
125   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
126   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
127   int mc; // moveCount
128
129   // Init reductions array
130   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
131   {
132       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
133       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
134       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
135       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
136
137       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
138       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
139
140       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
142
143       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
144           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
145   }
146
147   // Init futility margins array
148   for (d = 0; d < 14; ++d) for (mc = 0; mc < 64; ++mc)
149       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(2.9 * log(d >= 1 ? double(d) : 1.0)) - 8 * mc + 45);
150
151   // Init futility move count array
152   for (d = 0; d < 32; ++d)
153   {
154       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
155       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
156   }
157 }
158
159
160 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
161 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
162
163 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165   StateInfo st;
166   size_t cnt = 0;
167   CheckInfo ci(pos);
168   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
169
170   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
171   {
172       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
173       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
174       pos.undo_move(*it);
175   }
176   return cnt;
177 }
178
179 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
180   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
181 }
182
183 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
184 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
185 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
186
187 void Search::think() {
188
189   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
190
191   RootColor = RootPos.side_to_move();
192   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
193
194   if (RootMoves.empty())
195   {
196       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
197       sync_cout << "info depth 0 score "
198                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
199                 << sync_endl;
200
201       goto finalize;
202   }
203
204   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
205   {
206       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
207
208       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
209       {
210           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
211           goto finalize;
212       }
213   }
214
215   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
216   {
217       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
218       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
219       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
220       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
221   }
222   else
223       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
224
225   if (Options["Write Search Log"])
226   {
227       Log log(Options["Search Log Filename"]);
228       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
229           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
230           << " ponder: "      << Limits.ponder
231           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
232           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
233           << " moves to go: " << Limits.movestogo
234           << std::endl;
235   }
236
237   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
238   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
239       Threads[i]->maxPly = 0;
240
241   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
242   Threads.timer->run = true;
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Write 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 search is stopped this info is not printed
268   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
269             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
270
271   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
272   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
273   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
274   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
275   // raise Signals.stop).
276   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
277   {
278       Signals.stopOnPonderhit = true;
279       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
280   }
281
282   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
283   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
284             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
285             << sync_endl;
286 }
287
288
289 namespace {
290
291   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
292   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
293   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
294
295   void id_loop(Position& pos) {
296
297     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
298     int depth;
299     Value bestValue, alpha, beta, delta;
300
301     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
302
303     depth = 0;
304     BestMoveChanges = 0;
305     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
306     beta = VALUE_INFINITE;
307
308     TT.new_search();
309     History.clear();
310     Countermoves.clear();
311
312     PVSize = Options["MultiPV"];
313     Skill skill(Options["Skill Level"]);
314
315     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
316     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
317     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
318         PVSize = 4;
319
320     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
321
322     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
323     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
324     {
325         // Age out PV variability metric
326         BestMoveChanges *= 0.8;
327
328         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
329         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
330         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
331             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
332
333         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
334         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; ++PVIdx)
335         {
336             // Reset aspiration window starting size
337             if (depth >= 5)
338             {
339                 delta = Value(16);
340                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
341                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
342             }
343
344             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
345             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
346             while (true)
347             {
348                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
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                 // When failing high/low give some update (without cluttering
370                 // the UI) before to research.
371                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
372                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
373                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
374
375                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
376                 // research, otherwise exit the loop.
377                 if (bestValue <= alpha)
378                 {
379                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
380
381                     Signals.failedLowAtRoot = true;
382                     Signals.stopOnPonderhit = false;
383                 }
384                 else if (bestValue >= beta)
385                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
386
387                 else
388                     break;
389
390                 delta += delta / 2;
391
392                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
393             }
394
395             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
396             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
397
398             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
399                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
400         }
401
402         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Do we have found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take in account some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop search if most of available time is already consumed. We
433             // probably don't have enough time to search the first move at the
434             // next iteration anyway.
435             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
436                 stop = true;
437
438             // Stop search early if one move seems to be much better than others
439             if (    depth >= 12
440                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
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->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
449                 ss->skipNullMove = true;
450                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
451                 ss->skipNullMove = false;
452                 ss->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, bool cutNode) {
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 quietsSearched[64];
491     StateInfo st;
492     const TTEntry *tte;
493     SplitPoint* splitPoint;
494     Key posKey;
495     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
496     Depth ext, newDepth;
497     Value bestValue, value, ttValue;
498     Value eval, nullValue;
499     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
500     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
501     int moveCount, quietCount;
502
503     // Step 1. Initialize node
504     Thread* thisThread = pos.this_thread();
505     inCheck = pos.checkers();
506
507     if (SpNode)
508     {
509         splitPoint = ss->splitPoint;
510         bestMove   = splitPoint->bestMove;
511         threatMove = splitPoint->threatMove;
512         bestValue  = splitPoint->bestValue;
513         tte = NULL;
514         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
515         ttValue = VALUE_NONE;
516
517         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
518
519         goto moves_loop;
520     }
521
522     moveCount = quietCount = 0;
523     bestValue = -VALUE_INFINITE;
524     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
525     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
526     ss->futilityMoveCount = 0;
527     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
528     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
529
530     // Used to send selDepth info to GUI
531     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
532         thisThread->maxPly = ss->ply;
533
534     if (!RootNode)
535     {
536         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
537         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
538             return DrawValue[pos.side_to_move()];
539
540         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
541         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
542         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
543         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
544         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
545         // in this case return a fail-high score.
546         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
547         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
548         if (alpha >= beta)
549             return alpha;
550     }
551
552     // Step 4. Transposition table lookup
553     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
554     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
555     excludedMove = ss->excludedMove;
556     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
557     tte = TT.probe(posKey);
558     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
559     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
560
561     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
562     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
563     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
564     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
565     if (   !RootNode
566         && tte
567         && tte->depth() >= depth
568         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
569         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
570             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
571                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
572     {
573         TT.refresh(tte);
574         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
575
576         if (    ttValue >= beta
577             &&  ttMove
578             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
579             &&  ttMove != ss->killers[0])
580         {
581             ss->killers[1] = ss->killers[0];
582             ss->killers[0] = ttMove;
583         }
584         return ttValue;
585     }
586
587     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
588     if (inCheck)
589     {
590         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
591         goto moves_loop;
592     }
593
594     else if (tte)
595     {
596         // Never assume anything on values stored in TT
597         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
598             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
599
600         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
601         if (ttValue != VALUE_NONE)
602             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
603                 eval = ttValue;
604     }
605     else
606     {
607         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
608         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
609     }
610
611     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
612     if (   !PvNode
613         &&  depth < 4 * ONE_PLY
614         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
615         &&  ttMove == MOVE_NONE
616         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
617         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
618     {
619         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
620         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
621         if (v < rbeta)
622             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
623             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
624             return v;
625     }
626
627     // Step 7. post-Futility pruning (skipped when in check)
628     if (   !PvNode
629         && !ss->skipNullMove
630         &&  depth < 7 * ONE_PLY
631         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
632         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
633         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
634         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
635         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
636
637     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
638     if (   !PvNode
639         && !ss->skipNullMove
640         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
641         &&  eval >= beta
642         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
643         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
644     {
645         ss->currentMove = MOVE_NULL;
646
647         // Null move dynamic reduction based on depth
648         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
649
650         // Null move dynamic reduction based on value
651         if (eval - PawnValueMg > beta)
652             R += ONE_PLY;
653
654         pos.do_null_move(st);
655         (ss+1)->skipNullMove = true;
656         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
657                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
658         (ss+1)->skipNullMove = false;
659         pos.undo_null_move();
660
661         if (nullValue >= beta)
662         {
663             // Do not return unproven mate scores
664             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
665                 nullValue = beta;
666
667             if (depth < 12 * ONE_PLY)
668                 return nullValue;
669
670             // Do verification search at high depths
671             ss->skipNullMove = true;
672             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
673             ss->skipNullMove = false;
674
675             if (v >= beta)
676                 return nullValue;
677         }
678         else
679         {
680             // The null move failed low, which means that we may be faced with
681             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
682             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
683             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
684             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
685             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
686             threatMove = (ss+1)->currentMove;
687
688             if (   depth < 5 * ONE_PLY
689                 && (ss-1)->reduction
690                 && threatMove != MOVE_NONE
691                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
692                 return alpha;
693         }
694     }
695
696     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
697     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
698     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
699     // prune the previous move.
700     if (   !PvNode
701         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
702         && !ss->skipNullMove
703         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
704     {
705         Value rbeta = beta + 200;
706         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
707
708         assert(rdepth >= ONE_PLY);
709         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
710         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
711
712         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
713         CheckInfo ci(pos);
714
715         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
716             if (pos.legal(move, ci.pinned))
717             {
718                 ss->currentMove = move;
719                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
720                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
721                 pos.undo_move(move);
722                 if (value >= rbeta)
723                     return value;
724             }
725     }
726
727     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
728     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
729         && ttMove == MOVE_NONE
730         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
731     {
732         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
733
734         ss->skipNullMove = true;
735         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
736         ss->skipNullMove = false;
737
738         tte = TT.probe(posKey);
739         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
740     }
741
742 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
743
744     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
745     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
746                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
747
748     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
749     CheckInfo ci(pos);
750     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
751     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
752                || ss->staticEval == VALUE_NONE
753                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
754
755     singularExtensionNode =   !RootNode
756                            && !SpNode
757                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
758                            &&  ttMove != MOVE_NONE
759                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
760                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
761                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
762
763     // Step 11. Loop through moves
764     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
765     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
766     {
767       assert(is_ok(move));
768
769       if (move == excludedMove)
770           continue;
771
772       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
773       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
774       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
775       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
776           continue;
777
778       if (SpNode)
779       {
780           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
781           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
782               continue;
783
784           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
785           splitPoint->mutex.unlock();
786       }
787       else
788           ++moveCount;
789
790       if (RootNode)
791       {
792           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
793
794           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
795               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
796                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
797                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
798       }
799
800       ext = DEPTH_ZERO;
801       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
802       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
803       dangerous =   givesCheck
804                  || pos.passed_pawn_push(move)
805                  || type_of(move) == CASTLE;
806
807       // Step 12. Extend checks
808       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
809           ext = ONE_PLY;
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.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, cutNode);
828           ss->skipNullMove = false;
829           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
830
831           if (value < rBeta)
832               ext = ONE_PLY;
833       }
834
835       // Update current move (this must be done after singular extension search)
836       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
837       Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
838
839       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
840       if (   !PvNode
841           && !captureOrPromotion
842           && !inCheck
843           && !dangerous
844           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
845       {
846           // Move count based pruning
847           if (   depth < 16 * ONE_PLY
848               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
849               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
850           {
851               if (SpNode)
852                   splitPoint->mutex.lock();
853
854               continue;
855           }
856
857           // Prune moves with negative SEE at low depths
858           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
859               && pos.see_sign(move) < 0)
860           {
861               if (SpNode)
862                   splitPoint->mutex.lock();
863
864               continue;
865           }
866
867           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
868           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
869           ss->futilityMoveCount = moveCount;
870       }
871       else
872           ss->futilityMoveCount = 0;
873
874       // Check for legality only before to do the move
875       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
876       {
877           --moveCount;
878           continue;
879       }
880
881       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
882       ss->currentMove = move;
883       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
884           quietsSearched[quietCount++] = move;
885
886       // Step 14. Make the move
887       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
888
889       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
890       // re-searched at full depth.
891       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
892           && !pvMove
893           && !captureOrPromotion
894           &&  move != ttMove
895           &&  move != ss->killers[0]
896           &&  move != ss->killers[1])
897       {
898           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
899
900           if (!PvNode && cutNode)
901               ss->reduction += ONE_PLY;
902
903           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
904               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
905
906           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
907               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
908
909           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
910           if (SpNode)
911               alpha = splitPoint->alpha;
912
913           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
914
915           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
916           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
917       }
918       else
919           doFullDepthSearch = !pvMove;
920
921       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
922       if (doFullDepthSearch)
923       {
924           if (SpNode)
925               alpha = splitPoint->alpha;
926
927           value = newDepth < ONE_PLY ?
928                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
929                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
930                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
931       }
932
933       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
934       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
935       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
936       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
937           value = newDepth < ONE_PLY ?
938                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
939                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
940                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
941       // Step 17. Undo move
942       pos.undo_move(move);
943
944       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
945
946       // Step 18. Check for new best move
947       if (SpNode)
948       {
949           splitPoint->mutex.lock();
950           bestValue = splitPoint->bestValue;
951           alpha = splitPoint->alpha;
952       }
953
954       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
955       // was aborted because the user interrupted the search or because we
956       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
957       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
958       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
959           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
960
961       if (RootNode)
962       {
963           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
964
965           // PV move or new best move ?
966           if (pvMove || value > alpha)
967           {
968               rm.score = value;
969               rm.extract_pv_from_tt(pos);
970
971               // We record how often the best move has been changed in each
972               // iteration. This information is used for time management: When
973               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
974               if (!pvMove)
975                   ++BestMoveChanges;
976           }
977           else
978               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
979               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
980               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
981               rm.score = -VALUE_INFINITE;
982       }
983
984       if (value > bestValue)
985       {
986           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
987
988           if (value > alpha)
989           {
990               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
991
992               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
993                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
994               else
995               {
996                   assert(value >= beta); // Fail high
997
998                   if (SpNode)
999                       splitPoint->cutoff = true;
1000
1001                   break;
1002               }
1003           }
1004       }
1005
1006       // Step 19. Check for splitting the search
1007       if (   !SpNode
1008           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1009           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1010           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1011       {
1012           assert(bestValue < beta);
1013
1014           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1015                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1016           if (bestValue >= beta)
1017               break;
1018       }
1019     }
1020
1021     if (SpNode)
1022         return bestValue;
1023
1024     // Step 20. Check for mate and stalemate
1025     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1026     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1027     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1028     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1029     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1030     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1031     if (!moveCount)
1032         return  excludedMove ? alpha
1033               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1034
1035     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1036     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1037         bestValue = alpha;
1038
1039     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1040              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1041              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1042              depth, bestMove, ss->staticEval);
1043
1044     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1045     if (    bestValue >= beta
1046         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1047         && !inCheck)
1048     {
1049         if (ss->killers[0] != bestMove)
1050         {
1051             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1052             ss->killers[0] = bestMove;
1053         }
1054
1055         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1056         // played non-capture moves.
1057         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1058         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1059         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1060         {
1061             Move m = quietsSearched[i];
1062             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1063         }
1064
1065         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1066             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1067     }
1068
1069     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1070
1071     return bestValue;
1072   }
1073
1074
1075   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1076   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1077   // less than ONE_PLY).
1078
1079   template <NodeType NT, bool InCheck>
1080   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1081
1082     const bool PvNode = (NT == PV);
1083
1084     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1085     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1086     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1087     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1088     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1089
1090     StateInfo st;
1091     const TTEntry* tte;
1092     Key posKey;
1093     Move ttMove, move, bestMove;
1094     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1095     bool givesCheck, evasionPrunable;
1096     Depth ttDepth;
1097
1098     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1099     if (PvNode)
1100         oldAlpha = alpha;
1101
1102     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1103     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1104
1105     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1106     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1107         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1108
1109     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1110     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1111     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1112     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1113                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1114
1115     // Transposition table lookup
1116     posKey = pos.key();
1117     tte = TT.probe(posKey);
1118     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1119     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1120
1121     if (   tte
1122         && tte->depth() >= ttDepth
1123         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1124         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1125             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1126                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1127     {
1128         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1129         return ttValue;
1130     }
1131
1132     // Evaluate the position statically
1133     if (InCheck)
1134     {
1135         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1136         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1137     }
1138     else
1139     {
1140         if (tte)
1141         {
1142             // Never assume anything on values stored in TT
1143             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1144                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1145
1146             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1147             if (ttValue != VALUE_NONE)
1148                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1149                     bestValue = ttValue;
1150         }
1151         else
1152             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1153
1154         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1155         if (bestValue >= beta)
1156         {
1157             if (!tte)
1158                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1159                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1160
1161             return bestValue;
1162         }
1163
1164         if (PvNode && bestValue > alpha)
1165             alpha = bestValue;
1166
1167         futilityBase = bestValue + Value(128);
1168     }
1169
1170     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1171     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1172     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1173     // be generated.
1174     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1175     CheckInfo ci(pos);
1176
1177     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1178     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1179     {
1180       assert(is_ok(move));
1181
1182       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1183
1184       // Futility pruning
1185       if (   !PvNode
1186           && !InCheck
1187           && !givesCheck
1188           &&  move != ttMove
1189           &&  type_of(move) != PROMOTION
1190           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1191           && !pos.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 and also moves with positive
1204           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1205           if (   futilityBase < beta
1206               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 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 =    InCheck
1215                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1216                        && !pos.capture(move)
1217                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1218
1219       // Don't search moves with negative SEE values
1220       if (   !PvNode
1221           && (!InCheck || evasionPrunable)
1222           &&  move != ttMove
1223           &&  type_of(move) != PROMOTION
1224           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1225           continue;
1226
1227       // Check for legality only before to do the move
1228       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1229           continue;
1230
1231       ss->currentMove = move;
1232
1233       // Make and search the move
1234       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1235       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1236                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1237       pos.undo_move(move);
1238
1239       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1240
1241       // Check for new best move
1242       if (value > bestValue)
1243       {
1244           bestValue = value;
1245
1246           if (value > alpha)
1247           {
1248               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1249               {
1250                   alpha = value;
1251                   bestMove = move;
1252               }
1253               else // Fail high
1254               {
1255                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1256                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1257
1258                   return value;
1259               }
1260           }
1261        }
1262     }
1263
1264     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1265     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1266     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1267         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1268
1269     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1270              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1271              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1272
1273     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1274
1275     return bestValue;
1276   }
1277
1278
1279   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1280   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1281   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1282
1283   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1284
1285     assert(v != VALUE_NONE);
1286
1287     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1288           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1289   }
1290
1291
1292   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1293   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1294   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1295
1296   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1297
1298     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1299           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1300           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1301   }
1302
1303
1304   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1305   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1306   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1307   // from a null search that fails low).
1308
1309   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1310
1311     assert(is_ok(first));
1312     assert(is_ok(second));
1313     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1314     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1315
1316     Square m1from = from_sq(first);
1317     Square m2from = from_sq(second);
1318     Square m1to = to_sq(first);
1319     Square m2to = to_sq(second);
1320
1321     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1322     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1323     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1324     if (    m2to == m1from
1325         || (m1to == m2from && !squares_aligned(m1from, m2from, m2to)))
1326         return true;
1327
1328     // Second one moves through the square vacated by first one
1329     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1330       return true;
1331
1332     // Second's destination is defended by the first move's piece
1333     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1334     if (m1att & m2to)
1335         return true;
1336
1337     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1338     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1339     {
1340         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1341         return true;
1342     }
1343
1344     return false;
1345   }
1346
1347
1348   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1349   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1350   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1351
1352   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1353
1354     assert(is_ok(first));
1355     assert(is_ok(second));
1356
1357     Square m1from = from_sq(first);
1358     Square m2from = from_sq(second);
1359     Square m1to = to_sq(first);
1360     Square m2to = to_sq(second);
1361
1362     // Don't prune moves of the threatened piece
1363     if (m1from == m2to)
1364         return true;
1365
1366     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1367     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1368     if (    pos.capture(second)
1369         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1370             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1371     {
1372         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1373         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1374         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1375
1376         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1377         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1378             return true;
1379
1380         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1381         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1382                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1383
1384         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1385         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1386             return true;
1387     }
1388
1389     // Don't prune safe moves which block the threat path
1390     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1391         return true;
1392
1393     return false;
1394   }
1395
1396
1397   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1398   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1399
1400   Move Skill::pick_move() {
1401
1402     static RKISS rk;
1403
1404     // PRNG sequence should be not deterministic
1405     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1406         rk.rand<unsigned>();
1407
1408     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1409     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1410     int weakness = 120 - 2 * level;
1411     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1412     best = MOVE_NONE;
1413
1414     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1415     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1416     // then we choose the move with the resulting highest score.
1417     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1418     {
1419         int s = RootMoves[i].score;
1420
1421         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1422         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1423             break;
1424
1425         // This is our magic formula
1426         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1427               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1428
1429         if (s > max_s)
1430         {
1431             max_s = s;
1432             best = RootMoves[i].pv[0];
1433         }
1434     }
1435     return best;
1436   }
1437
1438
1439   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1440   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1441   // the previous search score.
1442
1443   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1444
1445     std::stringstream s;
1446     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1447     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1448     int selDepth = 0;
1449
1450     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1451         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1452             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1453
1454     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1455     {
1456         bool updated = (i <= PVIdx);
1457
1458         if (depth == 1 && !updated)
1459             continue;
1460
1461         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1462         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1463
1464         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1465             s << "\n";
1466
1467         s << "info depth " << d
1468           << " seldepth "  << selDepth
1469           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1470           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1471           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1472           << " time "      << elapsed
1473           << " multipv "   << i + 1
1474           << " pv";
1475
1476         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1477             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1478     }
1479
1480     return s.str();
1481   }
1482
1483 } // namespace
1484
1485
1486 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1487 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1488 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1489 /// long PV to print that is important for position analysis.
1490
1491 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1492
1493   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1494   const TTEntry* tte;
1495   int ply = 0;
1496   Move m = pv[0];
1497
1498   pv.clear();
1499
1500   do {
1501       pv.push_back(m);
1502
1503       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1504
1505       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1506       tte = TT.probe(pos.key());
1507
1508   } while (   tte
1509            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1510            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1511            && ply < MAX_PLY
1512            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1513
1514   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1515
1516   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1517 }
1518
1519
1520 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1521 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1522 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1523
1524 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1525
1526   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1527   const TTEntry* tte;
1528   int ply = 0;
1529
1530   do {
1531       tte = TT.probe(pos.key());
1532
1533       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1534           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1535
1536       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1537
1538       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1539
1540   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1541
1542   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1543 }
1544
1545
1546 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1547
1548 void Thread::idle_loop() {
1549
1550   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1551   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1552   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1553
1554   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1555
1556   while (true)
1557   {
1558       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1559       // wasting CPU time polling for work.
1560       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1561       {
1562           if (exit)
1563           {
1564               assert(!this_sp);
1565               return;
1566           }
1567
1568           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1569           mutex.lock();
1570
1571           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1572           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1573           {
1574               mutex.unlock();
1575               break;
1576           }
1577
1578           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1579           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1580           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1581           // we had the chance to grab the lock.
1582           if (!searching && !exit)
1583               sleepCondition.wait(mutex);
1584
1585           mutex.unlock();
1586       }
1587
1588       // If this thread has been assigned work, launch a search
1589       if (searching)
1590       {
1591           assert(!exit);
1592
1593           Threads.mutex.lock();
1594
1595           assert(searching);
1596           assert(activeSplitPoint);
1597           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1598
1599           Threads.mutex.unlock();
1600
1601           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1602           Position pos(*sp->pos, this);
1603
1604           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1605           ss->splitPoint = sp;
1606
1607           sp->mutex.lock();
1608
1609           assert(activePosition == NULL);
1610
1611           activePosition = &pos;
1612
1613           switch (sp->nodeType) {
1614           case Root:
1615               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1616               break;
1617           case PV:
1618               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1619               break;
1620           case NonPV:
1621               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1622               break;
1623           default:
1624               assert(false);
1625           }
1626
1627           assert(searching);
1628
1629           searching = false;
1630           activePosition = NULL;
1631           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1632           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1633
1634           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1635           // in case we are the last slave of the split point.
1636           if (    Threads.sleepWhileIdle
1637               &&  this != sp->masterThread
1638               && !sp->slavesMask)
1639           {
1640               assert(!sp->masterThread->searching);
1641               sp->masterThread->notify_one();
1642           }
1643
1644           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1645           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1646           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1647           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1648           sp->mutex.unlock();
1649       }
1650
1651       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1652       // their work at this split point, return from the idle loop.
1653       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1654       {
1655           this_sp->mutex.lock();
1656           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1657           this_sp->mutex.unlock();
1658           if (finished)
1659               return;
1660       }
1661   }
1662 }
1663
1664
1665 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1666 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1667 /// available time and so stop the search.
1668
1669 void check_time() {
1670
1671   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1672   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1673
1674   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1675   {
1676       lastInfoTime = Time::now();
1677       dbg_print();
1678   }
1679
1680   if (Limits.ponder)
1681       return;
1682
1683   if (Limits.nodes)
1684   {
1685       Threads.mutex.lock();
1686
1687       nodes = RootPos.nodes_searched();
1688
1689       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1690       // all the currently active positions nodes.
1691       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1692           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1693           {
1694               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1695
1696               sp.mutex.lock();
1697
1698               nodes += sp.nodes;
1699               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1700               while (sm)
1701               {
1702                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1703                   if (pos)
1704                       nodes += pos->nodes_searched();
1705               }
1706
1707               sp.mutex.unlock();
1708           }
1709
1710       Threads.mutex.unlock();
1711   }
1712
1713   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1714   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1715                          && !Signals.failedLowAtRoot
1716                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1717
1718   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1719                    || stillAtFirstMove;
1720
1721   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1722       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1723       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1724       Signals.stop = true;
1725 }