220fff5e10d03e50e74e4052c2f3c9f97bbfd380
[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   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   size_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172
173 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
174 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
175 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
176
177 void Search::think() {
178
179   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
180
181   RootColor = RootPos.side_to_move();
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
183
184   if (RootMoves.empty())
185   {
186       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190
191       goto finalize;
192   }
193
194   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
195   {
196       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
197
198       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
199       {
200           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
201           goto finalize;
202       }
203   }
204
205   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
206   {
207       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
208       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
209       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
210       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
211   }
212   else
213       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
214
215   if (Options["Use Search Log"])
216   {
217       Log log(Options["Search Log Filename"]);
218       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
219           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
220           << " ponder: "      << Limits.ponder
221           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
222           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
223           << " moves to go: " << Limits.movestogo
224           << std::endl;
225   }
226
227   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
228   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
229       Threads[i]->maxPly = 0;
230
231   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
232
233   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
234   // used to check for remaining available thinking time.
235   Threads.timer->msec =
236   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
237                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
238                                : 100;
239
240   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
245   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When search is stopped this info is not printed
265   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
266             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
270   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
271   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
272   // raise Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
277   }
278
279   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
280   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
281             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
282             << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
295     int depth, prevBestMoveChanges;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297
298     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
299     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
300
301     depth = BestMoveChanges = 0;
302     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303     beta = VALUE_INFINITE;
304
305     TT.new_search();
306     History.clear();
307     Gains.clear();
308     Countermoves.clear();
309
310     PVSize = Options["MultiPV"];
311     Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
314     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
316         PVSize = 4;
317
318     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
319
320     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
321     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
322     {
323         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
324         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
325         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
326             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
327
328         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
329         BestMoveChanges = 0;
330
331         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
332         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
333         {
334             // Reset aspiration window starting size
335             if (depth >= 5)
336             {
337                 delta = Value(16);
338                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
339                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, 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                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
349                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
350                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
351                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
352                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
353                 // the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
363                 // valid, although refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     return;
366
367                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
368                 // research, otherwise exit the loop.
369                 if (bestValue <= alpha)
370                 {
371                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
372
373                     Signals.failedLowAtRoot = true;
374                     Signals.stopOnPonderhit = false;
375                 }
376                 else if (bestValue >= beta)
377                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
378
379                 else
380                     break;
381
382                 delta += delta / 2;
383
384                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
385
386                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
387                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
388                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
389             }
390
391             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
392             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
393
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             RootMove& rm = RootMoves[0];
405             if (skill.best != MOVE_NONE)
406                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
407
408             Log log(Options["Search Log Filename"]);
409             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
410                 << std::endl;
411         }
412
413         // Do we have found a "mate in x"?
414         if (   Limits.mate
415             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
416             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
417             Signals.stop = true;
418
419         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
420         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
421         {
422             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
423
424             // Take in account some extra time if the best move has changed
425             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
426                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
427
428             // Stop search if most of available time is already consumed. We
429             // probably don't have enough time to search the first move at the
430             // next iteration anyway.
431             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
432                 stop = true;
433
434             // Stop search early if one move seems to be much better than others
435             if (    depth >= 12
436                 && !stop
437                 &&  PVSize == 1
438                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
439                 && (   RootMoves.size() == 1
440                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
441             {
442                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
443                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
444                 ss->skipNullMove = true;
445                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
446                 ss->skipNullMove = false;
447                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
448
449                 if (v < rBeta)
450                     stop = true;
451             }
452
453             if (stop)
454             {
455                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
456                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
457                 if (Limits.ponder)
458                     Signals.stopOnPonderhit = true;
459                 else
460                     Signals.stop = true;
461             }
462         }
463     }
464   }
465
466
467   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
468   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
469   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
470   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
471   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
472   // here: This is taken care of after we return from the split point.
473
474   template <NodeType NT>
475   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
476
477     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
479     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
480
481     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
482     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
483     assert(depth > DEPTH_ZERO);
484
485     Move quietsSearched[64];
486     StateInfo st;
487     const TTEntry *tte;
488     SplitPoint* splitPoint;
489     Key posKey;
490     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
491     Depth ext, newDepth;
492     Value bestValue, value, ttValue;
493     Value eval, nullValue, futilityValue;
494     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
495     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
496     int moveCount, quietCount;
497
498     // Step 1. Initialize node
499     Thread* thisThread = pos.this_thread();
500     moveCount = quietCount = 0;
501     inCheck = pos.checkers();
502
503     if (SpNode)
504     {
505         splitPoint = ss->splitPoint;
506         bestMove   = splitPoint->bestMove;
507         threatMove = splitPoint->threatMove;
508         bestValue  = splitPoint->bestValue;
509         tte = NULL;
510         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
511         ttValue = VALUE_NONE;
512
513         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
514
515         goto split_point_start;
516     }
517
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     ss->futilityMoveCount = 0;
522     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
523     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
524
525     // Used to send selDepth info to GUI
526     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
527         thisThread->maxPly = ss->ply;
528
529     if (!RootNode)
530     {
531         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
532         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
533             return DrawValue[pos.side_to_move()];
534
535         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
536         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
537         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
538         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
539         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
540         // in this case return a fail-high score.
541         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
542         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
543         if (alpha >= beta)
544             return alpha;
545     }
546
547     // Step 4. Transposition table lookup
548     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
549     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
550     excludedMove = ss->excludedMove;
551     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
552     tte = TT.probe(posKey);
553     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
554     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
555
556     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
557     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
558     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
559     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
560     if (   !RootNode
561         && tte
562         && tte->depth() >= depth
563         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
564         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
565             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
566                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
567     {
568         TT.refresh(tte);
569         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
570
571         if (    ttValue >= beta
572             &&  ttMove
573             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
574             &&  ttMove != ss->killers[0])
575         {
576             ss->killers[1] = ss->killers[0];
577             ss->killers[0] = ttMove;
578         }
579         return ttValue;
580     }
581
582     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
583     if (inCheck)
584     {
585         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
586         goto iid_start;
587     }
588
589     else if (tte)
590     {
591         // Never assume anything on values stored in TT
592         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
593             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
594             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
595
596         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
597         if (ttValue != VALUE_NONE)
598             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
599                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
600                 eval = ttValue;
601     }
602     else
603     {
604         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
605         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
606                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
607     }
608
609     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
610     // evaluation before and after the move.
611     if (   !pos.captured_piece_type()
612         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
613         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
614         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
615         &&  type_of(move) == NORMAL)
616     {
617         Square to = to_sq(move);
618         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
619     }
620
621     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
622     if (   !PvNode
623         &&  depth < 4 * ONE_PLY
624         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
625         &&  ttMove == MOVE_NONE
626         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
627         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
628     {
629         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
630         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
631         if (v < rbeta)
632             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
633             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
634             return v;
635     }
636
637     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
638     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
639     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
640     if (   !PvNode
641         && !ss->skipNullMove
642         &&  depth < 4 * ONE_PLY
643         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
644         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
645         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
646         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
647         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
648
649     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
650     if (   !PvNode
651         && !ss->skipNullMove
652         &&  depth > ONE_PLY
653         &&  eval >= beta
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
655         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
656     {
657         ss->currentMove = MOVE_NULL;
658
659         // Null move dynamic reduction based on depth
660         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
661
662         // Null move dynamic reduction based on value
663         if (eval - PawnValueMg > beta)
664             R += ONE_PLY;
665
666         pos.do_null_move(st);
667         (ss+1)->skipNullMove = true;
668         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
669                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
670         (ss+1)->skipNullMove = false;
671         pos.undo_null_move();
672
673         if (nullValue >= beta)
674         {
675             // Do not return unproven mate scores
676             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
677                 nullValue = beta;
678
679             if (depth < 12 * ONE_PLY)
680                 return nullValue;
681
682             // Do verification search at high depths
683             ss->skipNullMove = true;
684             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
685             ss->skipNullMove = false;
686
687             if (v >= beta)
688                 return nullValue;
689         }
690         else
691         {
692             // The null move failed low, which means that we may be faced with
693             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
694             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
695             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
696             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
697             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
698             threatMove = (ss+1)->currentMove;
699
700             if (   depth < 5 * ONE_PLY
701                 && (ss-1)->reduction
702                 && threatMove != MOVE_NONE
703                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
704                 return alpha;
705         }
706     }
707
708     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
709     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
710     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
711     // prune the previous move.
712     if (   !PvNode
713         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
714         && !ss->skipNullMove
715         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
716     {
717         Value rbeta = beta + 200;
718         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
719
720         assert(rdepth >= ONE_PLY);
721         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
722         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
723
724         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
725         CheckInfo ci(pos);
726
727         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
728             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
729             {
730                 ss->currentMove = move;
731                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
732                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
733                 pos.undo_move(move);
734                 if (value >= rbeta)
735                     return value;
736             }
737     }
738
739 iid_start: // When in check we skip early cut tests
740
741     // Step 10. Internal iterative deepening
742     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
743         && ttMove == MOVE_NONE
744         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
745     {
746         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
747
748         ss->skipNullMove = true;
749         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
750         ss->skipNullMove = false;
751
752         tte = TT.probe(posKey);
753         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
754     }
755
756 split_point_start: // At split points actual search starts from here
757
758     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
759     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
760                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
761
762     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
763     CheckInfo ci(pos);
764     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
765     singularExtensionNode =   !RootNode
766                            && !SpNode
767                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
768                            &&  ttMove != MOVE_NONE
769                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
770                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
771                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
772
773     // Step 11. Loop through moves
774     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
775     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
776     {
777       assert(is_ok(move));
778
779       if (move == excludedMove)
780           continue;
781
782       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
783       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
784       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
785       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
786           continue;
787
788       if (SpNode)
789       {
790           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
791           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
792               continue;
793
794           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
795           splitPoint->mutex.unlock();
796       }
797       else
798           moveCount++;
799
800       if (RootNode)
801       {
802           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
803
804           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
805               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
806                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
807                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
808       }
809
810       ext = DEPTH_ZERO;
811       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
812       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
813       dangerous =   givesCheck
814                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
815                  || type_of(move) == CASTLE;
816
817       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
818       if (PvNode && dangerous)
819           ext = ONE_PLY;
820
821       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
822           ext = ONE_PLY / 2;
823
824       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
825       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
826       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
827       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
828       // a margin then we extend ttMove.
829       if (    singularExtensionNode
830           &&  move == ttMove
831           && !ext
832           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
833           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
834       {
835           assert(ttValue != VALUE_NONE);
836
837           Value rBeta = ttValue - int(depth);
838           ss->excludedMove = move;
839           ss->skipNullMove = true;
840           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
841           ss->skipNullMove = false;
842           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
843
844           if (value < rBeta)
845               ext = ONE_PLY;
846       }
847
848       // Update current move (this must be done after singular extension search)
849       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
850
851       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
852       if (   !PvNode
853           && !captureOrPromotion
854           && !inCheck
855           && !dangerous
856        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
857           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
858       {
859           // Move count based pruning
860           if (   depth < 16 * ONE_PLY
861               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
862               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
863           {
864               if (SpNode)
865                   splitPoint->mutex.lock();
866
867               continue;
868           }
869
870           // Value based pruning
871           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
872           // but fixing this made program slightly weaker.
873           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
874           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
875                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
876
877           if (futilityValue < beta)
878           {
879               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
880
881               if (SpNode)
882               {
883                   splitPoint->mutex.lock();
884                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
885                       splitPoint->bestValue = bestValue;
886               }
887               continue;
888           }
889
890           // Prune moves with negative SEE at low depths
891           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
892               && pos.see_sign(move) < 0)
893           {
894               if (SpNode)
895                   splitPoint->mutex.lock();
896
897               continue;
898           }
899
900           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
901           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
902           ss->futilityMoveCount = moveCount;
903       }
904       else
905           ss->futilityMoveCount = 0;
906
907       // Check for legality only before to do the move
908       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
909       {
910           moveCount--;
911           continue;
912       }
913
914       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
915       ss->currentMove = move;
916       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
917           quietsSearched[quietCount++] = move;
918
919       // Step 14. Make the move
920       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
921
922       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
923       // re-searched at full depth.
924       if (    depth > 3 * ONE_PLY
925           && !pvMove
926           && !captureOrPromotion
927           && !dangerous
928           &&  move != ttMove
929           &&  move != ss->killers[0]
930           &&  move != ss->killers[1])
931       {
932           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
933
934           if (!PvNode && cutNode)
935               ss->reduction += ONE_PLY;
936
937           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
938               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
939
940           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
941           if (SpNode)
942               alpha = splitPoint->alpha;
943
944           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
945
946           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
947           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
948       }
949       else
950           doFullDepthSearch = !pvMove;
951
952       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
953       if (doFullDepthSearch)
954       {
955           if (SpNode)
956               alpha = splitPoint->alpha;
957
958           value = newDepth < ONE_PLY ?
959                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
960                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
962       }
963
964       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
965       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
966       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
967       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
968           value = newDepth < ONE_PLY ?
969                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
970                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
971                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
972       // Step 17. Undo move
973       pos.undo_move(move);
974
975       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
976
977       // Step 18. Check for new best move
978       if (SpNode)
979       {
980           splitPoint->mutex.lock();
981           bestValue = splitPoint->bestValue;
982           alpha = splitPoint->alpha;
983       }
984
985       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
986       // was aborted because the user interrupted the search or because we
987       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
988       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
989       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
990           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
991
992       if (RootNode)
993       {
994           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
995
996           // PV move or new best move ?
997           if (pvMove || value > alpha)
998           {
999               rm.score = value;
1000               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1001
1002               // We record how often the best move has been changed in each
1003               // iteration. This information is used for time management: When
1004               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1005               if (!pvMove)
1006                   BestMoveChanges++;
1007           }
1008           else
1009               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1010               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1011               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1012               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1013       }
1014
1015       if (value > bestValue)
1016       {
1017           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1018
1019           if (value > alpha)
1020           {
1021               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1022
1023               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1024                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1025               else
1026               {
1027                   assert(value >= beta); // Fail high
1028
1029                   if (SpNode)
1030                       splitPoint->cutoff = true;
1031
1032                   break;
1033               }
1034           }
1035       }
1036
1037       // Step 19. Check for splitting the search
1038       if (   !SpNode
1039           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1040           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1041           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1042       {
1043           assert(bestValue < beta);
1044
1045           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1046                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1047           if (bestValue >= beta)
1048               break;
1049       }
1050     }
1051
1052     if (SpNode)
1053         return bestValue;
1054
1055     // Step 20. Check for mate and stalemate
1056     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1057     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1058     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1059     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1060     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1061     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1062     if (!moveCount)
1063         return  excludedMove ? alpha
1064               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1065
1066     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1067     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1068         bestValue = alpha;
1069
1070     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1071              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1072              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1073              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1074
1075     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1076     if (    bestValue >= beta
1077         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1078         && !inCheck)
1079     {
1080         if (ss->killers[0] != bestMove)
1081         {
1082             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1083             ss->killers[0] = bestMove;
1084         }
1085
1086         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1087         // played non-capture moves.
1088         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1089         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1090         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1091         {
1092             Move m = quietsSearched[i];
1093             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1094         }
1095
1096         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1097             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1098     }
1099
1100     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1101
1102     return bestValue;
1103   }
1104
1105
1106   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1107   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1108   // less than ONE_PLY).
1109
1110   template <NodeType NT, bool InCheck>
1111   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1112
1113     const bool PvNode = (NT == PV);
1114
1115     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1116     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1117     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1118     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1119     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1120
1121     StateInfo st;
1122     const TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128
1129     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1130     if (PvNode)
1131         oldAlpha = alpha;
1132
1133     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1134     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1135
1136     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1137     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1138         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1139
1140     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1141     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1142     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1143     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1144                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1145
1146     // Transposition table lookup
1147     posKey = pos.key();
1148     tte = TT.probe(posKey);
1149     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1150     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1151
1152     if (   tte
1153         && tte->depth() >= ttDepth
1154         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1155         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1156             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1157                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1158     {
1159         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1160         return ttValue;
1161     }
1162
1163     // Evaluate the position statically
1164     if (InCheck)
1165     {
1166         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1167         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1168         enoughMaterial = false;
1169     }
1170     else
1171     {
1172         if (tte)
1173         {
1174             // Never assume anything on values stored in TT
1175             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1176                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1177                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1178         }
1179         else
1180             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1181
1182         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1183         if (bestValue >= beta)
1184         {
1185             if (!tte)
1186                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1187                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1188
1189             return bestValue;
1190         }
1191
1192         if (PvNode && bestValue > alpha)
1193             alpha = bestValue;
1194
1195         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1196         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1197     }
1198
1199     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1200     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1201     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1202     // be generated.
1203     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1204     CheckInfo ci(pos);
1205
1206     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1207     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1208     {
1209       assert(is_ok(move));
1210
1211       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1212
1213       // Futility pruning
1214       if (   !PvNode
1215           && !InCheck
1216           && !givesCheck
1217           &&  move != ttMove
1218           &&  enoughMaterial
1219           &&  type_of(move) != PROMOTION
1220           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1221       {
1222           futilityValue =  futilityBase
1223                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1224                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1225
1226           if (futilityValue < beta)
1227           {
1228               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1229               continue;
1230           }
1231
1232           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1233           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1234           if (   futilityBase < beta
1235               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1236           {
1237               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1238               continue;
1239           }
1240       }
1241
1242       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1243       evasionPrunable =   !PvNode
1244                        &&  InCheck
1245                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1246                        && !pos.is_capture(move)
1247                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1248
1249       // Don't search moves with negative SEE values
1250       if (   !PvNode
1251           && (!InCheck || evasionPrunable)
1252           &&  move != ttMove
1253           &&  type_of(move) != PROMOTION
1254           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1255           continue;
1256
1257       // Don't search useless checks
1258       if (   !PvNode
1259           && !InCheck
1260           &&  givesCheck
1261           &&  move != ttMove
1262           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1263           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1264           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1265           continue;
1266
1267       // Check for legality only before to do the move
1268       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1269           continue;
1270
1271       ss->currentMove = move;
1272
1273       // Make and search the move
1274       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1275       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1276                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1277       pos.undo_move(move);
1278
1279       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1280
1281       // Check for new best move
1282       if (value > bestValue)
1283       {
1284           bestValue = value;
1285
1286           if (value > alpha)
1287           {
1288               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1289               {
1290                   alpha = value;
1291                   bestMove = move;
1292               }
1293               else // Fail high
1294               {
1295                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1296                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1297
1298                   return value;
1299               }
1300           }
1301        }
1302     }
1303
1304     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1305     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1306     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1307         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1308
1309     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1310              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1311              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1312
1313     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1314
1315     return bestValue;
1316   }
1317
1318
1319   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1320   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1321   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1322
1323   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1324
1325     assert(v != VALUE_NONE);
1326
1327     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1333   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1334   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1335
1336   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1339           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1340           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1341   }
1342
1343
1344   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1345
1346   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1347   {
1348     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1349     Square from = from_sq(move);
1350     Square to = to_sq(move);
1351     Color them = ~pos.side_to_move();
1352     Square ksq = pos.king_square(them);
1353     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1354     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1355     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1356     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1357     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1358
1359     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1360     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1361         return true;
1362
1363     // Queen contact check is very dangerous
1364     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1365         return true;
1366
1367     // Creating new double threats with checks is dangerous
1368     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1369     while (b)
1370     {
1371         // Note that here we generate illegal "double move"!
1372         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1373             return true;
1374     }
1375
1376     return false;
1377   }
1378
1379
1380   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1381   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1382   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1383   // from a null search that fails low).
1384
1385   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1386
1387     assert(is_ok(first));
1388     assert(is_ok(second));
1389     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1390     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1391
1392     Square m1from = from_sq(first);
1393     Square m2from = from_sq(second);
1394     Square m1to = to_sq(first);
1395     Square m2to = to_sq(second);
1396
1397     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1398     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1399         return true;
1400
1401     // Second one moves through the square vacated by first one
1402     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1403       return true;
1404
1405     // Second's destination is defended by the first move's piece
1406     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1407     if (m1att & m2to)
1408         return true;
1409
1410     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1411     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1412     {
1413         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1414         return true;
1415     }
1416
1417     return false;
1418   }
1419
1420
1421   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1422   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1423   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1424
1425   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1426
1427     assert(is_ok(first));
1428     assert(is_ok(second));
1429
1430     Square m1from = from_sq(first);
1431     Square m2from = from_sq(second);
1432     Square m1to = to_sq(first);
1433     Square m2to = to_sq(second);
1434
1435     // Don't prune moves of the threatened piece
1436     if (m1from == m2to)
1437         return true;
1438
1439     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1440     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1441     if (    pos.is_capture(second)
1442         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1443             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1444     {
1445         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1446         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1447         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1448
1449         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1450         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1451             return true;
1452
1453         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1454         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1455                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1456
1457         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1458         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1459             return true;
1460     }
1461
1462     // Don't prune safe moves which block the threat path
1463     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1464         return true;
1465
1466     return false;
1467   }
1468
1469
1470   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1471   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1472
1473   Move Skill::pick_move() {
1474
1475     static RKISS rk;
1476
1477     // PRNG sequence should be not deterministic
1478     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1479         rk.rand<unsigned>();
1480
1481     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1482     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1483     int weakness = 120 - 2 * level;
1484     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1485     best = MOVE_NONE;
1486
1487     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1488     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1489     // then we choose the move with the resulting highest score.
1490     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1491     {
1492         int s = RootMoves[i].score;
1493
1494         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1495         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1496             break;
1497
1498         // This is our magic formula
1499         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1500               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1501
1502         if (s > max_s)
1503         {
1504             max_s = s;
1505             best = RootMoves[i].pv[0];
1506         }
1507     }
1508     return best;
1509   }
1510
1511
1512   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1513   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1514   // the previous search score.
1515
1516   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1517
1518     std::stringstream s;
1519     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1520     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1521     int selDepth = 0;
1522
1523     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1524         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1525             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1526
1527     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1528     {
1529         bool updated = (i <= PVIdx);
1530
1531         if (depth == 1 && !updated)
1532             continue;
1533
1534         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1535         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1536
1537         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1538             s << "\n";
1539
1540         s << "info depth " << d
1541           << " seldepth "  << selDepth
1542           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1543           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1544           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1545           << " time "      << elapsed
1546           << " multipv "   << i + 1
1547           << " pv";
1548
1549         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1550             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1551     }
1552
1553     return s.str();
1554   }
1555
1556 } // namespace
1557
1558
1559 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1560 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1561 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1562 /// long PV to print that is important for position analysis.
1563
1564 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1565
1566   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1567   const TTEntry* tte;
1568   int ply = 0;
1569   Move m = pv[0];
1570
1571   pv.clear();
1572
1573   do {
1574       pv.push_back(m);
1575
1576       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1577
1578       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1579       tte = TT.probe(pos.key());
1580
1581   } while (   tte
1582            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1583            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1584            && ply < MAX_PLY
1585            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1586
1587   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1588
1589   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1594 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1595 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1596
1597 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1598
1599   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1600   const TTEntry* tte;
1601   int ply = 0;
1602
1603   do {
1604       tte = TT.probe(pos.key());
1605
1606       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1607           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1608
1609       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1610
1611       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1612
1613   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1614
1615   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1616 }
1617
1618
1619 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1620
1621 void Thread::idle_loop() {
1622
1623   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1624   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1625   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1626
1627   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1628
1629   while (true)
1630   {
1631       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1632       // wasting CPU time polling for work.
1633       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1634       {
1635           if (exit)
1636           {
1637               assert(!this_sp);
1638               return;
1639           }
1640
1641           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1642           mutex.lock();
1643
1644           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1645           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1646           {
1647               mutex.unlock();
1648               break;
1649           }
1650
1651           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1652           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1653           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1654           // we had the chance to grab the lock.
1655           if (!searching && !exit)
1656               sleepCondition.wait(mutex);
1657
1658           mutex.unlock();
1659       }
1660
1661       // If this thread has been assigned work, launch a search
1662       if (searching)
1663       {
1664           assert(!exit);
1665
1666           Threads.mutex.lock();
1667
1668           assert(searching);
1669           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1670
1671           Threads.mutex.unlock();
1672
1673           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1674           Position pos(*sp->pos, this);
1675
1676           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1677           ss->splitPoint = sp;
1678
1679           sp->mutex.lock();
1680
1681           assert(activePosition == NULL);
1682
1683           activePosition = &pos;
1684
1685           switch (sp->nodeType) {
1686           case Root:
1687               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1688               break;
1689           case PV:
1690               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1691               break;
1692           case NonPV:
1693               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1694               break;
1695           default:
1696               assert(false);
1697           }
1698
1699           assert(searching);
1700
1701           searching = false;
1702           activePosition = NULL;
1703           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1704           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1705
1706           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1707           // in case we are the last slave of the split point.
1708           if (    Threads.sleepWhileIdle
1709               &&  this != sp->masterThread
1710               && !sp->slavesMask)
1711           {
1712               assert(!sp->masterThread->searching);
1713               sp->masterThread->notify_one();
1714           }
1715
1716           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1717           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1718           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1719           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1720           sp->mutex.unlock();
1721       }
1722
1723       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1724       // their work at this split point, return from the idle loop.
1725       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1726       {
1727           this_sp->mutex.lock();
1728           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1729           this_sp->mutex.unlock();
1730           if (finished)
1731               return;
1732       }
1733   }
1734 }
1735
1736
1737 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1738 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1739 /// available time and so stop the search.
1740
1741 void check_time() {
1742
1743   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1744   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1745
1746   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1747   {
1748       lastInfoTime = Time::now();
1749       dbg_print();
1750   }
1751
1752   if (Limits.ponder)
1753       return;
1754
1755   if (Limits.nodes)
1756   {
1757       Threads.mutex.lock();
1758
1759       nodes = RootPos.nodes_searched();
1760
1761       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1762       // all the currently active positions nodes.
1763       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1764           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1765           {
1766               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1767
1768               sp.mutex.lock();
1769
1770               nodes += sp.nodes;
1771               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1772               while (sm)
1773               {
1774                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1775                   if (pos)
1776                       nodes += pos->nodes_searched();
1777               }
1778
1779               sp.mutex.unlock();
1780           }
1781
1782       Threads.mutex.unlock();
1783   }
1784
1785   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1786   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1787                          && !Signals.failedLowAtRoot
1788                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1789
1790   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1791                    || stillAtFirstMove;
1792
1793   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1794       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1795       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1796       Signals.stop = true;
1797 }