Big renaming in thread stuff
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
104
105   struct Skill {
106     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
107    ~Skill() {
108       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
109           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
110                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
111     }
112
113     bool enabled() const { return level < 20; }
114     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
115     Move pick_move();
116
117     int level;
118     Move best;
119   };
120
121 } // namespace
122
123
124 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
125
126 void Search::init() {
127
128   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
129   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
130   int mc; // moveCount
131
132   // Init reductions array
133   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
134   {
135       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
136       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
137       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
138       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139   }
140
141   // Init futility margins array
142   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
143       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; d++)
147       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
148 }
149
150
151 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
152 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
153
154 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
155
156   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
157   if (depth == ONE_PLY)
158       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
159
160   StateInfo st;
161   size_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163
164   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
165   {
166       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
167       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(ml.move());
169   }
170
171   return cnt;
172 }
173
174
175 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
176 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
177 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
178
179 void Search::think() {
180
181   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
182
183   RootColor = RootPos.side_to_move();
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
185
186   if (RootMoves.empty())
187   {
188       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
189       sync_cout << "info depth 0 score "
190                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
191                 << sync_endl;
192
193       goto finalize;
194   }
195
196   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
197   {
198       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
199
200       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
201       {
202           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
203           goto finalize;
204       }
205   }
206
207   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
208   {
209       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
210       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
211       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
212       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
213   }
214   else
215       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
216
217   if (Options["Use Search Log"])
218   {
219       Log log(Options["Search Log Filename"]);
220       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
221           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
222           << " ponder: "      << Limits.ponder
223           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
224           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
225           << " moves to go: " << Limits.movestogo
226           << std::endl;
227   }
228
229   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
230   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
231       Threads[i].maxPly = 0;
232
233   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
234
235   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
236   // used to check for remaining available thinking time.
237   Threads.timer_thread()->msec =
238   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
239                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
240                                : 100;
241
242   Threads.timer_thread()->notify_one(); // Wake up the recurring timer
243
244   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
245
246   Threads.timer_thread()->msec = 0; // Stop the timer
247   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
248
249   if (Options["Use Search Log"])
250   {
251       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
252
253       Log log(Options["Search Log Filename"]);
254       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
255           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
256           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
257
258       StateInfo st;
259       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
260       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
261       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
262   }
263
264 finalize:
265
266   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
267   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
268   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
269   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
270   // raise Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
278   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
279             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
280             << sync_endl;
281 }
282
283
284 namespace {
285
286   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
287   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
288   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290   void id_loop(Position& pos) {
291
292     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
293     int depth, prevBestMoveChanges;
294     Value bestValue, alpha, beta, delta;
295     bool bestMoveNeverChanged = true;
296
297     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
298     depth = BestMoveChanges = 0;
299     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
300     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
301     TT.new_search();
302     H.clear();
303
304     PVSize = Options["MultiPV"];
305     Skill skill(Options["Skill Level"]);
306
307     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
308     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
309     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
310         PVSize = 4;
311
312     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
313
314     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
315     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
316     {
317         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
318         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
319         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
320             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
321
322         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
323         BestMoveChanges = 0;
324
325         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
326         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
327         {
328             // Set aspiration window default width
329             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
330             {
331                 delta = Value(16);
332                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
333                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
334             }
335             else
336             {
337                 alpha = -VALUE_INFINITE;
338                 beta  =  VALUE_INFINITE;
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
342             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
346                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
347                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
348
349                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
350                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
351                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
352                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
353                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
354                 // the already searched PV lines are preserved.
355                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
356
357                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
358                 // entries have been overwritten during the search.
359                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
360                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
361
362                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
363                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
364                 // valid, although refers to previous iteration.
365                 if (Signals.stop)
366                     return;
367
368                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
369                 // research, otherwise exit the loop.
370                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
371                     break;
372
373                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
374                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
375                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
376
377                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
378                 {
379                     alpha = -VALUE_INFINITE;
380                     beta  =  VALUE_INFINITE;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                 {
384                     beta += delta;
385                     delta += delta / 2;
386                 }
387                 else
388                 {
389                     Signals.failedLowAtRoot = true;
390                     Signals.stopOnPonderhit = false;
391
392                     alpha -= delta;
393                     delta += delta / 2;
394                 }
395
396                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
397             }
398
399             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
400             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
401             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
402                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
403         }
404
405         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
406         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
407             skill.pick_move();
408
409         if (Options["Use Search Log"])
410         {
411             Log log(Options["Search Log Filename"]);
412             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
413                 << std::endl;
414         }
415
416         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
417         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
418             bestMoveNeverChanged = false;
419
420         // Do we have found a "mate in x"?
421         if (   Limits.mate
422             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
423             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
424             Signals.stop = true;
425
426         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
427         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
428         {
429             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
430
431             // Take in account some extra time if the best move has changed
432             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
433                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
434
435             // Stop search if most of available time is already consumed. We
436             // probably don't have enough time to search the first move at the
437             // next iteration anyway.
438             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
439                 stop = true;
440
441             // Stop search early if one move seems to be much better than others
442             if (    depth >= 12
443                 && !stop
444                 &&  PVSize == 1
445                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
446                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
447             {
448                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
449                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
450                 (ss+1)->skipNullMove = true;
451                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
452                 (ss+1)->skipNullMove = false;
453                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
454
455                 if (v < rBeta)
456                     stop = true;
457             }
458
459             if (stop)
460             {
461                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
462                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
463                 if (Limits.ponder)
464                     Signals.stopOnPonderhit = true;
465                 else
466                     Signals.stop = true;
467             }
468         }
469     }
470   }
471
472
473   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
474   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
475   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
476   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
477   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
478   // here: This is taken care of after we return from the split point.
479
480   template <NodeType NT>
481   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
482
483     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
484     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
485     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
486
487     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
488     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
489     assert(depth > DEPTH_ZERO);
490
491     Move movesSearched[64];
492     StateInfo st;
493     const TTEntry *tte;
494     SplitPoint* sp;
495     Key posKey;
496     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
497     Depth ext, newDepth;
498     Value bestValue, value, ttValue;
499     Value eval, nullValue, futilityValue;
500     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
501     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
502     int moveCount, playedMoveCount;
503
504     // Step 1. Initialize node
505     Thread* thisThread = pos.this_thread();
506     moveCount = playedMoveCount = 0;
507     inCheck = pos.checkers();
508
509     if (SpNode)
510     {
511         sp = ss->sp;
512         bestMove   = sp->bestMove;
513         threatMove = sp->threatMove;
514         bestValue  = sp->bestValue;
515         tte = NULL;
516         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
517         ttValue = VALUE_NONE;
518
519         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
520
521         goto split_point_start;
522     }
523
524     bestValue = -VALUE_INFINITE;
525     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
526     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
527     (ss+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<true, PvNode>() || 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->type() == BOUND_EXACT
570             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
571                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
572     {
573         TT.refresh(tte);
574         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
575
576         if (    ttValue >= beta
577             &&  ttMove
578             && !pos.is_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         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
590
591     else if (tte)
592     {
593         // Never assume anything on values stored in TT
594         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
595             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
596             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
597
598         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
599         if (ttValue != VALUE_NONE)
600             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
601                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
602                 eval = ttValue;
603     }
604     else
605     {
606         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
607         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
608                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
609     }
610
611     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
612     // evaluation before and after the move.
613     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
614         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
615         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
616         && !pos.captured_piece_type()
617         &&  type_of(move) == NORMAL)
618     {
619         Square to = to_sq(move);
620         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
621     }
622
623     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
624     if (   !PvNode
625         &&  depth < 4 * ONE_PLY
626         && !inCheck
627         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
628         &&  ttMove == MOVE_NONE
629         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
630         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
631     {
632         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
633         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
634         if (v < rbeta)
635             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
636             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
637             return v;
638     }
639
640     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
641     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
642     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
643     if (   !PvNode
644         && !ss->skipNullMove
645         &&  depth < 4 * ONE_PLY
646         && !inCheck
647         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
648         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
649         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
650         return eval - FutilityMargins[depth][0];
651
652     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth > ONE_PLY
656         && !inCheck
657         &&  eval >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660     {
661         ss->currentMove = MOVE_NULL;
662
663         // Null move dynamic reduction based on depth
664         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
665
666         // Null move dynamic reduction based on value
667         if (eval - PawnValueMg > beta)
668             R += ONE_PLY;
669
670         pos.do_null_move<true>(st);
671         (ss+1)->skipNullMove = true;
672         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
673                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
674         (ss+1)->skipNullMove = false;
675         pos.do_null_move<false>(st);
676
677         if (nullValue >= beta)
678         {
679             // Do not return unproven mate scores
680             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
681                 nullValue = beta;
682
683             if (depth < 6 * ONE_PLY)
684                 return nullValue;
685
686             // Do verification search at high depths
687             ss->skipNullMove = true;
688             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
689             ss->skipNullMove = false;
690
691             if (v >= beta)
692                 return nullValue;
693         }
694         else
695             // The null move failed low, which means that we may be faced with
696             // some kind of threat.
697             threatMove = (ss+1)->currentMove;
698     }
699
700     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
701     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
702     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
703     // prune the previous move.
704     if (   !PvNode
705         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
706         && !inCheck
707         && !ss->skipNullMove
708         &&  excludedMove == MOVE_NONE
709         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
710     {
711         Value rbeta = beta + 200;
712         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
713
714         assert(rdepth >= ONE_PLY);
715         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
716         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
717
718         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
719         CheckInfo ci(pos);
720
721         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
722             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
723             {
724                 ss->currentMove = move;
725                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
726                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
727                 pos.undo_move(move);
728                 if (value >= rbeta)
729                     return value;
730             }
731     }
732
733     // Step 10. Internal iterative deepening
734     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
735         && ttMove == MOVE_NONE
736         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
737     {
738         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
739
740         ss->skipNullMove = true;
741         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
742         ss->skipNullMove = false;
743
744         tte = TT.probe(posKey);
745         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
746     }
747
748 split_point_start: // At split points actual search starts from here
749
750     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
751     CheckInfo ci(pos);
752     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
753     singularExtensionNode =   !RootNode
754                            && !SpNode
755                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
756                            &&  ttMove != MOVE_NONE
757                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
758                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
759                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
760
761     // Step 11. Loop through moves
762     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
763     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
764     {
765       assert(is_ok(move));
766
767       if (move == excludedMove)
768           continue;
769
770       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
771       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
772       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
773       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
774           continue;
775
776       if (SpNode)
777       {
778           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
779           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
780               continue;
781
782           moveCount = ++sp->moveCount;
783           sp->mutex.unlock();
784       }
785       else
786           moveCount++;
787
788       if (RootNode)
789       {
790           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
791
792           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
793               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
794                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
795                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
796       }
797
798       ext = DEPTH_ZERO;
799       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
800       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
801       dangerous =   givesCheck
802                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
803                  || type_of(move) == CASTLE
804                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
805                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
806                      && type_of(move) == NORMAL
807                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
808                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
809
810       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
811       if (PvNode && dangerous)
812           ext = ONE_PLY;
813
814       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
815           ext = ONE_PLY / 2;
816
817       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
818       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
819       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
820       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
821       // a margin then we extend ttMove.
822       if (    singularExtensionNode
823           &&  move == ttMove
824           && !ext
825           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
826           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
827       {
828           assert(ttValue != VALUE_NONE);
829
830           Value rBeta = ttValue - int(depth);
831           ss->excludedMove = move;
832           ss->skipNullMove = true;
833           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
834           ss->skipNullMove = false;
835           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
836
837           if (value < rBeta)
838               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
839       }
840
841       // Update current move (this must be done after singular extension search)
842       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
843
844       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
845       if (   !PvNode
846           && !captureOrPromotion
847           && !inCheck
848           && !dangerous
849           &&  move != ttMove
850           && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove))
851           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
852                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
853       {
854           // Move count based pruning
855           if (depth < 16 * ONE_PLY && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth])
856           {
857               if (SpNode)
858                   sp->mutex.lock();
859
860               continue;
861           }
862
863           // Value based pruning
864           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
865           // but fixing this made program slightly weaker.
866           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
867           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
868                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
869
870           if (futilityValue < beta)
871           {
872               if (SpNode)
873                   sp->mutex.lock();
874
875               continue;
876           }
877
878           // Prune moves with negative SEE at low depths
879           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
880               && pos.see_sign(move) < 0)
881           {
882               if (SpNode)
883                   sp->mutex.lock();
884
885               continue;
886           }
887       }
888
889       // Check for legality only before to do the move
890       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
891       {
892           moveCount--;
893           continue;
894       }
895
896       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
897       ss->currentMove = move;
898       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
899           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
900
901       // Step 14. Make the move
902       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
903
904       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
905       // re-searched at full depth.
906       if (    depth > 3 * ONE_PLY
907           && !pvMove
908           && !captureOrPromotion
909           && !dangerous
910           &&  ss->killers[0] != move
911           &&  ss->killers[1] != move)
912       {
913           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
914           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
915           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
916
917           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
918
919           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
920           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
921       }
922       else
923           doFullDepthSearch = !pvMove;
924
925       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
926       if (doFullDepthSearch)
927       {
928           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
929           value = newDepth < ONE_PLY ?
930                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
931                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
932                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
933       }
934
935       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
936       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
937       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
938       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
939           value = newDepth < ONE_PLY ?
940                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
941                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
942                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
943       // Step 17. Undo move
944       pos.undo_move(move);
945
946       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
947
948       // Step 18. Check for new best move
949       if (SpNode)
950       {
951           sp->mutex.lock();
952           bestValue = sp->bestValue;
953           alpha = sp->alpha;
954       }
955
956       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
957       // was aborted because the user interrupted the search or because we
958       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
959       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
960       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
961           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
962
963       if (RootNode)
964       {
965           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
966
967           // PV move or new best move ?
968           if (pvMove || value > alpha)
969           {
970               rm.score = value;
971               rm.extract_pv_from_tt(pos);
972
973               // We record how often the best move has been changed in each
974               // iteration. This information is used for time management: When
975               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
976               if (!pvMove)
977                   BestMoveChanges++;
978           }
979           else
980               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
981               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
982               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
983               rm.score = -VALUE_INFINITE;
984       }
985
986       if (value > bestValue)
987       {
988           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
989
990           if (value > alpha)
991           {
992               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
993
994               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
995                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
996               else
997               {
998                   assert(value >= beta); // Fail high
999
1000                   if (SpNode)
1001                       sp->cutoff = true;
1002
1003                   break;
1004               }
1005           }
1006       }
1007
1008       // Step 19. Check for splitting the search
1009       if (   !SpNode
1010           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1011           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1012       {
1013           assert(bestValue < beta);
1014
1015           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1016                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1017           if (bestValue >= beta)
1018               break;
1019       }
1020     }
1021
1022     if (SpNode)
1023         return bestValue;
1024
1025     // Step 20. Check for mate and stalemate
1026     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1027     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1028     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1029     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1030     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1031     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1032     if (!moveCount)
1033         return  excludedMove ? alpha
1034               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1035
1036     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1037     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1038     {
1039         assert(!playedMoveCount);
1040
1041         bestValue = alpha;
1042     }
1043
1044     if (bestValue >= beta) // Failed high
1045     {
1046         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1047                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1048
1049         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1050         {
1051             if (bestMove != ss->killers[0])
1052             {
1053                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1054                 ss->killers[0] = bestMove;
1055             }
1056
1057             // Increase history value of the cut-off move
1058             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1059             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1060
1061             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1062             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1063             {
1064                 Move m = movesSearched[i];
1065                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1066             }
1067         }
1068     }
1069     else // Failed low or PV search
1070         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1071                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1072                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1073
1074     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1075
1076     return bestValue;
1077   }
1078
1079
1080   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1081   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1082   // less than ONE_PLY).
1083
1084   template <NodeType NT, bool InCheck>
1085   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1086
1087     const bool PvNode = (NT == PV);
1088
1089     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1090     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1091     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1092     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1093     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1094
1095     StateInfo st;
1096     const TTEntry* tte;
1097     Key posKey;
1098     Move ttMove, move, bestMove;
1099     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1100     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1101     Depth ttDepth;
1102
1103     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1104     if (PvNode)
1105         oldAlpha = alpha;
1106
1107     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1108     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1109
1110     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1111     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1112         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1113
1114     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1115     // pruning, but only for move ordering.
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     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1122     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1123     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1124     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1125                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1126     if (   tte
1127         && tte->depth() >= ttDepth
1128         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1129         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1130             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1131                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1132     {
1133         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1134         return ttValue;
1135     }
1136
1137     // Evaluate the position statically
1138     if (InCheck)
1139     {
1140         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1141         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1142         enoughMaterial = false;
1143     }
1144     else
1145     {
1146         if (tte)
1147         {
1148             // Never assume anything on values stored in TT
1149             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1150                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1151                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1152         }
1153         else
1154             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1155
1156         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1157         if (bestValue >= beta)
1158         {
1159             if (!tte)
1160                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1161                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1162
1163             return bestValue;
1164         }
1165
1166         if (PvNode && bestValue > alpha)
1167             alpha = bestValue;
1168
1169         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1170         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1171     }
1172
1173     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1174     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1175     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1176     // be generated.
1177     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1178     CheckInfo ci(pos);
1179
1180     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1181     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1182     {
1183       assert(is_ok(move));
1184
1185       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1186
1187       // Futility pruning
1188       if (   !PvNode
1189           && !InCheck
1190           && !givesCheck
1191           &&  move != ttMove
1192           &&  enoughMaterial
1193           &&  type_of(move) != PROMOTION
1194           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1195       {
1196           futilityValue =  futilityBase
1197                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1198                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1199
1200           if (futilityValue < beta)
1201           {
1202               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1203               continue;
1204           }
1205
1206           // Prune moves with negative or equal SEE
1207           if (   futilityBase < beta
1208               && depth < DEPTH_ZERO
1209               && pos.see(move) <= 0)
1210           {
1211               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1212               continue;
1213           }
1214       }
1215
1216       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1217       evasionPrunable =   !PvNode
1218                        &&  InCheck
1219                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1220                        && !pos.is_capture(move)
1221                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1222
1223       // Don't search moves with negative SEE values
1224       if (   !PvNode
1225           && (!InCheck || evasionPrunable)
1226           &&  move != ttMove
1227           &&  type_of(move) != PROMOTION
1228           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1229           continue;
1230
1231       // Don't search useless checks
1232       if (   !PvNode
1233           && !InCheck
1234           &&  givesCheck
1235           &&  move != ttMove
1236           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1237           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1238           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1239           continue;
1240
1241       // Check for legality only before to do the move
1242       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1243           continue;
1244
1245       ss->currentMove = move;
1246
1247       // Make and search the move
1248       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1249       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1250                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1251       pos.undo_move(move);
1252
1253       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1254
1255       // Check for new best move
1256       if (value > bestValue)
1257       {
1258           bestValue = value;
1259
1260           if (value > alpha)
1261           {
1262               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1263               {
1264                   alpha = value;
1265                   bestMove = move;
1266               }
1267               else // Fail high
1268               {
1269                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1270                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1271
1272                   return value;
1273               }
1274           }
1275        }
1276     }
1277
1278     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1279     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1280     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1281         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1282
1283     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1284              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1285              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1286
1287     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1288
1289     return bestValue;
1290   }
1291
1292
1293   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1294   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1295   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1296
1297   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1298
1299     assert(v != VALUE_NONE);
1300
1301     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1302           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1303   }
1304
1305
1306   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1307   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1308   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1309
1310   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1311
1312     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1313           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1314           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1315   }
1316
1317
1318   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1319
1320   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1321   {
1322     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1323     Square from = from_sq(move);
1324     Square to = to_sq(move);
1325     Color them = ~pos.side_to_move();
1326     Square ksq = pos.king_square(them);
1327     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1328     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1329     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1330     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1331     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1332
1333     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1334     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1335         return true;
1336
1337     // Queen contact check is very dangerous
1338     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1339         return true;
1340
1341     // Creating new double threats with checks is dangerous
1342     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1343     while (b)
1344     {
1345         // Note that here we generate illegal "double move"!
1346         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1347             return true;
1348     }
1349
1350     return false;
1351   }
1352
1353
1354   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1355   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1356   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1357   // that fails low).
1358
1359   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1360
1361     assert(is_ok(first));
1362     assert(is_ok(second));
1363
1364     Square m1from = from_sq(first);
1365     Square m2from = from_sq(second);
1366     Square m1to = to_sq(first);
1367     Square m2to = to_sq(second);
1368
1369     // Don't prune moves of the threatened piece
1370     if (m1from == m2to)
1371         return true;
1372
1373     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1374     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1375     if (    pos.is_capture(second)
1376         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1377             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1378     {
1379         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1380         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1381         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1382
1383         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1384         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1385             return true;
1386
1387         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1388         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1389                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1390
1391         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1392         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1393             return true;
1394     }
1395
1396     // Don't prune safe moves which block the threat path
1397     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1398         return true;
1399
1400     return false;
1401   }
1402
1403
1404   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1405   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1406
1407   Move Skill::pick_move() {
1408
1409     static RKISS rk;
1410
1411     // PRNG sequence should be not deterministic
1412     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1413         rk.rand<unsigned>();
1414
1415     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1416     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1417     int weakness = 120 - 2 * level;
1418     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1419     best = MOVE_NONE;
1420
1421     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1422     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1423     // then we choose the move with the resulting highest score.
1424     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1425     {
1426         int s = RootMoves[i].score;
1427
1428         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1429         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1430             break;
1431
1432         // This is our magic formula
1433         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1434               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1435
1436         if (s > max_s)
1437         {
1438             max_s = s;
1439             best = RootMoves[i].pv[0];
1440         }
1441     }
1442     return best;
1443   }
1444
1445
1446   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1447   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1448   // the previous search score.
1449
1450   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1451
1452     std::stringstream s;
1453     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1454     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1455     int selDepth = 0;
1456
1457     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1458         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1459             selDepth = Threads[i].maxPly;
1460
1461     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1462     {
1463         bool updated = (i <= PVIdx);
1464
1465         if (depth == 1 && !updated)
1466             continue;
1467
1468         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1469         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1470
1471         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1472             s << "\n";
1473
1474         s << "info depth " << d
1475           << " seldepth "  << selDepth
1476           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1477           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1478           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1479           << " time "      << elaspsed
1480           << " multipv "   << i + 1
1481           << " pv";
1482
1483         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1484             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1485     }
1486
1487     return s.str();
1488   }
1489
1490 } // namespace
1491
1492
1493 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1494 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1495 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1496 /// long PV to print that is important for position analysis.
1497
1498 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1499
1500   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1501   TTEntry* tte;
1502   int ply = 0;
1503   Move m = pv[0];
1504
1505   pv.clear();
1506
1507   do {
1508       pv.push_back(m);
1509
1510       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1511
1512       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1513       tte = TT.probe(pos.key());
1514
1515   } while (   tte
1516            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1517            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1518            && ply < MAX_PLY
1519            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1520
1521   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1522
1523   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1524 }
1525
1526
1527 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1528 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1529 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1530
1531 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1532
1533   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1534   TTEntry* tte;
1535   int ply = 0;
1536
1537   do {
1538       tte = TT.probe(pos.key());
1539
1540       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1541           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1542
1543       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1544
1545       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1546
1547   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1548
1549   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1550 }
1551
1552
1553 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1554
1555 void Thread::idle_loop() {
1556
1557   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1558   // object for which the thread is the master.
1559   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1560
1561   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && searching));
1562
1563   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1564   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1565   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1566   {
1567       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1568       // instead of wasting CPU time polling for work.
1569       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1570       {
1571           if (exit)
1572           {
1573               assert(!sp_master);
1574               return;
1575           }
1576
1577           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1578           mutex.lock();
1579
1580           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1581           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1582           {
1583               mutex.unlock();
1584               break;
1585           }
1586
1587           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1588           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1589           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1590           // had the chance to grab the lock.
1591           if (!searching && !exit)
1592               sleepCondition.wait(mutex);
1593
1594           mutex.unlock();
1595       }
1596
1597       // If this thread has been assigned work, launch a search
1598       if (searching)
1599       {
1600           assert(!exit);
1601
1602           Threads.mutex.lock();
1603
1604           assert(searching);
1605           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1606
1607           Threads.mutex.unlock();
1608
1609           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1610           Position pos(*sp->pos, this);
1611
1612           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1613           (ss+1)->sp = sp;
1614
1615           sp->mutex.lock();
1616
1617           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1618
1619           sp->activePositions[idx] = &pos;
1620
1621           if (sp->nodeType == Root)
1622               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1623           else if (sp->nodeType == PV)
1624               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1625           else if (sp->nodeType == NonPV)
1626               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1627           else
1628               assert(false);
1629
1630           assert(searching);
1631
1632           searching = false;
1633           sp->activePositions[idx] = NULL;
1634           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1635           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1636
1637           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1638           // case we are the last slave of the split point.
1639           if (    Threads.sleepWhileIdle
1640               &&  this != sp->master
1641               && !sp->slavesMask)
1642           {
1643               assert(!sp->master->searching);
1644               sp->master->notify_one();
1645           }
1646
1647           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1648           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1649           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1650           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1651           sp->mutex.unlock();
1652       }
1653   }
1654 }
1655
1656
1657 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1658 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1659 /// available time and so stop the search.
1660
1661 void check_time() {
1662
1663   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1664   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1665
1666   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1667   {
1668       lastInfoTime = Time::now();
1669       dbg_print();
1670   }
1671
1672   if (Limits.ponder)
1673       return;
1674
1675   if (Limits.nodes)
1676   {
1677       Threads.mutex.lock();
1678
1679       nodes = RootPos.nodes_searched();
1680
1681       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1682       // all the currently active slaves positions.
1683       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1684           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1685           {
1686               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1687
1688               sp.mutex.lock();
1689
1690               nodes += sp.nodes;
1691               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1692               while (sm)
1693               {
1694                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1695                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1696               }
1697
1698               sp.mutex.unlock();
1699           }
1700
1701       Threads.mutex.unlock();
1702   }
1703
1704   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1705   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1706                          && !Signals.failedLowAtRoot
1707                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1708
1709   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1710                    || stillAtFirstMove;
1711
1712   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1713       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1714       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1715       Signals.stop = true;
1716 }