36a89d835411bcca9d797e3265a1a66b7fcf7590
[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[2][32]; // [improving][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][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   double 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 allows(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140
141       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
142       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
143
144       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
145           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
146
147       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
148           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
149   }
150
151   // Init futility margins array
152   for (d = 1; d < 16; ++d) for (mc = 0; mc < 64; ++mc)
153       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
154
155   // Init futility move count array
156   for (d = 0; d < 32; ++d)
157   {
158       FutilityMoveCounts[0][d] = int(3 + 0.3 * pow(double(d       ), 1.8)) * 3/4 + (2 < d && d < 5);
159       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3 + 0.3 * pow(double(d + 0.98), 1.8));
160   }
161 }
162
163
164 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
165 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
166
167 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
168
169   StateInfo st;
170   size_t cnt = 0;
171   CheckInfo ci(pos);
172   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
173
174   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
175   {
176       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
177       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
178       pos.undo_move(*it);
179   }
180   return cnt;
181 }
182
183 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
184   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
185 }
186
187 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
188 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
189 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
190
191 void Search::think() {
192
193   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
194
195   RootColor = RootPos.side_to_move();
196   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
197
198   if (RootMoves.empty())
199   {
200       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
201       sync_cout << "info depth 0 score "
202                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
203                 << sync_endl;
204
205       goto finalize;
206   }
207
208   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
209   {
210       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
211
212       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
213       {
214           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
215           goto finalize;
216       }
217   }
218
219   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
220   {
221       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
222       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
223       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
224       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
225   }
226   else
227       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
228
229   if (Options["Write Search Log"])
230   {
231       Log log(Options["Search Log Filename"]);
232       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
233           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
234           << " ponder: "      << Limits.ponder
235           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
236           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
237           << " moves to go: " << Limits.movestogo
238           << std::endl;
239   }
240
241   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
242   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
243       Threads[i]->maxPly = 0;
244
245   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
246
247   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
248   // used to check for remaining available thinking time.
249   Threads.timer->msec =
250   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
251                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
252                                : 100;
253
254   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
255
256   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
257
258   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
259   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
260
261   if (Options["Write Search Log"])
262   {
263       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
264
265       Log log(Options["Search Log Filename"]);
266       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
267           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
268           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
269
270       StateInfo st;
271       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
272       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
273       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
274   }
275
276 finalize:
277
278   // When search is stopped this info is not printed
279   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
280             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
281
282   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
283   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
284   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
285   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
286   // raise Signals.stop).
287   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
288   {
289       Signals.stopOnPonderhit = true;
290       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
291   }
292
293   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
294   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
295             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
296             << sync_endl;
297 }
298
299
300 namespace {
301
302   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
303   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
304   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
305
306   void id_loop(Position& pos) {
307
308     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
309     int depth;
310     Value bestValue, alpha, beta, delta;
311
312     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
313     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
314
315     depth = 0;
316     BestMoveChanges = 0;
317     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
318     beta = VALUE_INFINITE;
319
320     TT.new_search();
321     History.clear();
322     Gains.clear();
323     Countermoves.clear();
324
325     PVSize = Options["MultiPV"];
326     Skill skill(Options["Skill Level"]);
327
328     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
329     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
330     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
331         PVSize = 4;
332
333     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
334
335     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
336     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
337     {
338         // Age out PV variability metric
339         BestMoveChanges *= 0.8;
340
341         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
342         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
343         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
344             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
345
346         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
347         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; ++PVIdx)
348         {
349             // Reset aspiration window starting size
350             if (depth >= 5)
351             {
352                 delta = Value(16);
353                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
354                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
355             }
356
357             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
358             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
359             while (true)
360             {
361                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
362
363                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
364                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
365                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
366                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
367                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
368                 // the already searched PV lines are preserved.
369                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
370
371                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
372                 // entries have been overwritten during the search.
373                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
374                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
375
376                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
377                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
378                 // valid, although refers to previous iteration.
379                 if (Signals.stop)
380                     return;
381
382                 // When failing high/low give some update (without cluttering
383                 // the UI) before to research.
384                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
385                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
386                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
387
388                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
389                 // research, otherwise exit the loop.
390                 if (bestValue <= alpha)
391                 {
392                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
393
394                     Signals.failedLowAtRoot = true;
395                     Signals.stopOnPonderhit = false;
396                 }
397                 else if (bestValue >= beta)
398                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
399
400                 else
401                     break;
402
403                 delta += delta / 2;
404
405                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
406             }
407
408             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
409             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
410
411             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
412                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
413         }
414
415         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
416         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
417             skill.pick_move();
418
419         if (Options["Write Search Log"])
420         {
421             RootMove& rm = RootMoves[0];
422             if (skill.best != MOVE_NONE)
423                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
424
425             Log log(Options["Search Log Filename"]);
426             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
427                 << std::endl;
428         }
429
430         // Do we have found a "mate in x"?
431         if (   Limits.mate
432             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
433             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
434             Signals.stop = true;
435
436         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
437         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
438         {
439             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
440
441             // Take in account some extra time if the best move has changed
442             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
443                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
444
445             // Stop search if most of available time is already consumed. We
446             // probably don't have enough time to search the first move at the
447             // next iteration anyway.
448             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
449                 stop = true;
450
451             // Stop search early if one move seems to be much better than others
452             if (    depth >= 12
453                 && !stop
454                 &&  PVSize == 1
455                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
456                 && (   RootMoves.size() == 1
457                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
458             {
459                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
460                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
461                 ss->skipNullMove = true;
462                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
463                 ss->skipNullMove = false;
464                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
465
466                 if (v < rBeta)
467                     stop = true;
468             }
469
470             if (stop)
471             {
472                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
473                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
474                 if (Limits.ponder)
475                     Signals.stopOnPonderhit = true;
476                 else
477                     Signals.stop = true;
478             }
479         }
480     }
481   }
482
483
484   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
485   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
486   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
487   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
488   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
489   // here: This is taken care of after we return from the split point.
490
491   template <NodeType NT>
492   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
493
494     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
495     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
496     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
497
498     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
499     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
500     assert(depth > DEPTH_ZERO);
501
502     Move quietsSearched[64];
503     StateInfo st;
504     const TTEntry *tte;
505     SplitPoint* splitPoint;
506     Key posKey;
507     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
508     Depth ext, newDepth;
509     Value bestValue, value, ttValue;
510     Value eval, nullValue, futilityValue;
511     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
512     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
513     int moveCount, quietCount;
514
515     // Step 1. Initialize node
516     Thread* thisThread = pos.this_thread();
517     inCheck = pos.checkers();
518
519     if (SpNode)
520     {
521         splitPoint = ss->splitPoint;
522         bestMove   = splitPoint->bestMove;
523         threatMove = splitPoint->threatMove;
524         bestValue  = splitPoint->bestValue;
525         tte = NULL;
526         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
527         ttValue = VALUE_NONE;
528
529         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
530
531         goto moves_loop;
532     }
533
534     moveCount = quietCount = 0;
535     bestValue = -VALUE_INFINITE;
536     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
537     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
538     ss->futilityMoveCount = 0;
539     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
540     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
541
542     // Used to send selDepth info to GUI
543     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
544         thisThread->maxPly = ss->ply;
545
546     if (!RootNode)
547     {
548         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
549         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
550             return DrawValue[pos.side_to_move()];
551
552         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
553         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
554         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
555         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
556         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
557         // in this case return a fail-high score.
558         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
559         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
560         if (alpha >= beta)
561             return alpha;
562     }
563
564     // Step 4. Transposition table lookup
565     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
566     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
567     excludedMove = ss->excludedMove;
568     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
569     tte = TT.probe(posKey);
570     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
571     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
572
573     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
574     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
575     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
576     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
577     if (   !RootNode
578         && tte
579         && tte->depth() >= depth
580         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
581         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
582             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
583                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
584     {
585         TT.refresh(tte);
586         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
587
588         if (    ttValue >= beta
589             &&  ttMove
590             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
591             &&  ttMove != ss->killers[0])
592         {
593             ss->killers[1] = ss->killers[0];
594             ss->killers[0] = ttMove;
595         }
596         return ttValue;
597     }
598
599     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
600     if (inCheck)
601     {
602         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
603         goto moves_loop;
604     }
605
606     else if (tte)
607     {
608         // Never assume anything on values stored in TT
609         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
610             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
611             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
612
613         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
614         if (ttValue != VALUE_NONE)
615             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
616                 eval = ttValue;
617     }
618     else
619     {
620         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
621         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
622                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
623     }
624
625     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
626     // evaluation before and after the move.
627     if (   !pos.captured_piece_type()
628         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
629         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
630         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
631         &&  type_of(move) == NORMAL)
632     {
633         Square to = to_sq(move);
634         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
635     }
636
637     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
638     if (   !PvNode
639         &&  depth < 4 * ONE_PLY
640         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
641         &&  ttMove == MOVE_NONE
642         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
643         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
644     {
645         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
646         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
647         if (v < rbeta)
648             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
649             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
650             return v;
651     }
652
653     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
654     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
655     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
656     if (   !PvNode
657         && !ss->skipNullMove
658         &&  depth < 4 * ONE_PLY
659         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
660         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
661         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
662         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
663         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
664
665     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
666     if (   !PvNode
667         && !ss->skipNullMove
668         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
669         &&  eval >= beta
670         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
671         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
672     {
673         ss->currentMove = MOVE_NULL;
674
675         // Null move dynamic reduction based on depth
676         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
677
678         // Null move dynamic reduction based on value
679         if (eval - PawnValueMg > beta)
680             R += ONE_PLY;
681
682         pos.do_null_move(st);
683         (ss+1)->skipNullMove = true;
684         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
685                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
686         (ss+1)->skipNullMove = false;
687         pos.undo_null_move();
688
689         if (nullValue >= beta)
690         {
691             // Do not return unproven mate scores
692             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
693                 nullValue = beta;
694
695             if (depth < 12 * ONE_PLY)
696                 return nullValue;
697
698             // Do verification search at high depths
699             ss->skipNullMove = true;
700             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
701             ss->skipNullMove = false;
702
703             if (v >= beta)
704                 return nullValue;
705         }
706         else
707         {
708             // The null move failed low, which means that we may be faced with
709             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
710             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
711             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
712             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
713             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
714             threatMove = (ss+1)->currentMove;
715
716             if (   depth < 5 * ONE_PLY
717                 && (ss-1)->reduction
718                 && threatMove != MOVE_NONE
719                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
720                 return alpha;
721         }
722     }
723
724     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
725     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
726     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
727     // prune the previous move.
728     if (   !PvNode
729         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
730         && !ss->skipNullMove
731         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732     {
733         Value rbeta = beta + 200;
734         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
735
736         assert(rdepth >= ONE_PLY);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
738         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
739
740         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
741         CheckInfo ci(pos);
742
743         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
744             if (pos.legal(move, ci.pinned))
745             {
746                 ss->currentMove = move;
747                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
748                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
749                 pos.undo_move(move);
750                 if (value >= rbeta)
751                     return value;
752             }
753     }
754
755     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
756     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
757         && ttMove == MOVE_NONE
758         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
759     {
760         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
761
762         ss->skipNullMove = true;
763         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
764         ss->skipNullMove = false;
765
766         tte = TT.probe(posKey);
767         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
768     }
769
770 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
771
772     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
773     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
774                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
775
776     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
777     CheckInfo ci(pos);
778     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
779     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
780                || ss->staticEval == VALUE_NONE
781                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
782
783     singularExtensionNode =   !RootNode
784                            && !SpNode
785                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
786                            &&  ttMove != MOVE_NONE
787                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
788                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
789                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
790
791     // Step 11. Loop through moves
792     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
793     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
794     {
795       assert(is_ok(move));
796
797       if (move == excludedMove)
798           continue;
799
800       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
801       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
802       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
803       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
804           continue;
805
806       if (SpNode)
807       {
808           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
809           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
810               continue;
811
812           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
813           splitPoint->mutex.unlock();
814       }
815       else
816           ++moveCount;
817
818       if (RootNode)
819       {
820           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
821
822           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
823               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
824                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
825                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
826       }
827
828       ext = DEPTH_ZERO;
829       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
830       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
831       dangerous =   givesCheck
832                  || pos.passed_pawn_push(move)
833                  || type_of(move) == CASTLE;
834
835       // Step 12. Extend checks
836       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
837           ext = ONE_PLY;
838
839       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
840       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
841       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
842       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
843       // a margin then we extend ttMove.
844       if (    singularExtensionNode
845           &&  move == ttMove
846           && !ext
847           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
848           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
849       {
850           assert(ttValue != VALUE_NONE);
851
852           Value rBeta = ttValue - int(depth);
853           ss->excludedMove = move;
854           ss->skipNullMove = true;
855           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
856           ss->skipNullMove = false;
857           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
858
859           if (value < rBeta)
860               ext = ONE_PLY;
861       }
862
863       // Update current move (this must be done after singular extension search)
864       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
865
866       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
867       if (   !PvNode
868           && !captureOrPromotion
869           && !inCheck
870           && !dangerous
871        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
872           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
873       {
874           // Move count based pruning
875           if (   depth < 16 * ONE_PLY
876               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
877               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
878           {
879               if (SpNode)
880                   splitPoint->mutex.lock();
881
882               continue;
883           }
884
885           // Value based pruning
886           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
887           // but fixing this made program slightly weaker.
888           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
889           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
890                          + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
891
892           if (futilityValue < beta)
893           {
894               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
895
896               if (SpNode)
897               {
898                   splitPoint->mutex.lock();
899                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
900                       splitPoint->bestValue = bestValue;
901               }
902               continue;
903           }
904
905           // Prune moves with negative SEE at low depths
906           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
907               && pos.see_sign(move) < 0)
908           {
909               if (SpNode)
910                   splitPoint->mutex.lock();
911
912               continue;
913           }
914
915           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
916           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
917           ss->futilityMoveCount = moveCount;
918       }
919       else
920           ss->futilityMoveCount = 0;
921
922       // Check for legality only before to do the move
923       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
924       {
925           --moveCount;
926           continue;
927       }
928
929       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
930       ss->currentMove = move;
931       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
932           quietsSearched[quietCount++] = move;
933
934       // Step 14. Make the move
935       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
936
937       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
938       // re-searched at full depth.
939       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
940           && !pvMove
941           && !captureOrPromotion
942           &&  move != ttMove
943           &&  move != ss->killers[0]
944           &&  move != ss->killers[1])
945       {
946           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
947
948           if (!PvNode && cutNode)
949               ss->reduction += ONE_PLY;
950
951           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
952               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
953
954           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
955               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
956
957           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
958           if (SpNode)
959               alpha = splitPoint->alpha;
960
961           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
962
963           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
964           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
965       }
966       else
967           doFullDepthSearch = !pvMove;
968
969       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
970       if (doFullDepthSearch)
971       {
972           if (SpNode)
973               alpha = splitPoint->alpha;
974
975           value = newDepth < ONE_PLY ?
976                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
978                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
979       }
980
981       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
982       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
983       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
984       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
985           value = newDepth < ONE_PLY ?
986                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
987                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
988                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
989       // Step 17. Undo move
990       pos.undo_move(move);
991
992       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
993
994       // Step 18. Check for new best move
995       if (SpNode)
996       {
997           splitPoint->mutex.lock();
998           bestValue = splitPoint->bestValue;
999           alpha = splitPoint->alpha;
1000       }
1001
1002       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1003       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1004       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1005       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1006       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1007           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1008
1009       if (RootNode)
1010       {
1011           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1012
1013           // PV move or new best move ?
1014           if (pvMove || value > alpha)
1015           {
1016               rm.score = value;
1017               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1018
1019               // We record how often the best move has been changed in each
1020               // iteration. This information is used for time management: When
1021               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1022               if (!pvMove)
1023                   ++BestMoveChanges;
1024           }
1025           else
1026               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1027               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1028               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1029               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1030       }
1031
1032       if (value > bestValue)
1033       {
1034           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1035
1036           if (value > alpha)
1037           {
1038               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1039
1040               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1041                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1042               else
1043               {
1044                   assert(value >= beta); // Fail high
1045
1046                   if (SpNode)
1047                       splitPoint->cutoff = true;
1048
1049                   break;
1050               }
1051           }
1052       }
1053
1054       // Step 19. Check for splitting the search
1055       if (   !SpNode
1056           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1057           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1058           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1059       {
1060           assert(bestValue < beta);
1061
1062           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1063                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1064           if (bestValue >= beta)
1065               break;
1066       }
1067     }
1068
1069     if (SpNode)
1070         return bestValue;
1071
1072     // Step 20. Check for mate and stalemate
1073     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1074     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1075     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1076     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1077     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1078     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1079     if (!moveCount)
1080         return  excludedMove ? alpha
1081               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1082
1083     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1084     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1085         bestValue = alpha;
1086
1087     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1088              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1089              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1090              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1091
1092     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1093     if (    bestValue >= beta
1094         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1095         && !inCheck)
1096     {
1097         if (ss->killers[0] != bestMove)
1098         {
1099             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1100             ss->killers[0] = bestMove;
1101         }
1102
1103         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1104         // played non-capture moves.
1105         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1106         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1107         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1108         {
1109             Move m = quietsSearched[i];
1110             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1111         }
1112
1113         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1114             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1115     }
1116
1117     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1118
1119     return bestValue;
1120   }
1121
1122
1123   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1124   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1125   // less than ONE_PLY).
1126
1127   template <NodeType NT, bool InCheck>
1128   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1129
1130     const bool PvNode = (NT == PV);
1131
1132     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1133     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1134     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1135     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1136     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1137
1138     StateInfo st;
1139     const TTEntry* tte;
1140     Key posKey;
1141     Move ttMove, move, bestMove;
1142     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1143     bool givesCheck, evasionPrunable;
1144     Depth ttDepth;
1145
1146     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1147     if (PvNode)
1148         oldAlpha = alpha;
1149
1150     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1151     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1152
1153     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1154     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1155         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1156
1157     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1158     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1159     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1160     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1161                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1162
1163     // Transposition table lookup
1164     posKey = pos.key();
1165     tte = TT.probe(posKey);
1166     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1167     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1168
1169     if (   tte
1170         && tte->depth() >= ttDepth
1171         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1172         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1173             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1174                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1175     {
1176         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1177         return ttValue;
1178     }
1179
1180     // Evaluate the position statically
1181     if (InCheck)
1182     {
1183         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1184         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1185     }
1186     else
1187     {
1188         if (tte)
1189         {
1190             // Never assume anything on values stored in TT
1191             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1192                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1193                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1194
1195             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1196             if (ttValue != VALUE_NONE)
1197                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1198                     bestValue = ttValue;
1199         }
1200         else
1201             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1202
1203         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1204         if (bestValue >= beta)
1205         {
1206             if (!tte)
1207                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1208                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1209
1210             return bestValue;
1211         }
1212
1213         if (PvNode && bestValue > alpha)
1214             alpha = bestValue;
1215
1216         futilityBase = bestValue + ss->evalMargin + Value(128);
1217     }
1218
1219     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1220     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1221     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1222     // be generated.
1223     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1224     CheckInfo ci(pos);
1225
1226     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1227     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1228     {
1229       assert(is_ok(move));
1230
1231       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1232
1233       // Futility pruning
1234       if (   !PvNode
1235           && !InCheck
1236           && !givesCheck
1237           &&  move != ttMove
1238           &&  type_of(move) != PROMOTION
1239           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1240           && !pos.passed_pawn_push(move))
1241       {
1242           futilityValue =  futilityBase
1243                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1244                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1245
1246           if (futilityValue < beta)
1247           {
1248               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1249               continue;
1250           }
1251
1252           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1253           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1254           if (   futilityBase < beta
1255               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1256           {
1257               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1258               continue;
1259           }
1260       }
1261
1262       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1263       evasionPrunable =    InCheck
1264                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1265                        && !pos.capture(move)
1266                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1267
1268       // Don't search moves with negative SEE values
1269       if (   !PvNode
1270           && (!InCheck || evasionPrunable)
1271           &&  move != ttMove
1272           &&  type_of(move) != PROMOTION
1273           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1274           continue;
1275
1276       // Check for legality only before to do the move
1277       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1278           continue;
1279
1280       ss->currentMove = move;
1281
1282       // Make and search the move
1283       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1284       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1285                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1286       pos.undo_move(move);
1287
1288       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1289
1290       // Check for new best move
1291       if (value > bestValue)
1292       {
1293           bestValue = value;
1294
1295           if (value > alpha)
1296           {
1297               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1298               {
1299                   alpha = value;
1300                   bestMove = move;
1301               }
1302               else // Fail high
1303               {
1304                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1305                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1306
1307                   return value;
1308               }
1309           }
1310        }
1311     }
1312
1313     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1314     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1315     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1316         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1317
1318     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1319              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1320              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1321
1322     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1323
1324     return bestValue;
1325   }
1326
1327
1328   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1329   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1330   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1331
1332   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1333
1334     assert(v != VALUE_NONE);
1335
1336     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1337           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1338   }
1339
1340
1341   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1342   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1343   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1344
1345   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1346
1347     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1348           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1349           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1350   }
1351
1352
1353   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1354   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1355   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1356   // from a null search that fails low).
1357
1358   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1359
1360     assert(is_ok(first));
1361     assert(is_ok(second));
1362     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1363     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1364
1365     Square m1from = from_sq(first);
1366     Square m2from = from_sq(second);
1367     Square m1to = to_sq(first);
1368     Square m2to = to_sq(second);
1369
1370     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1371     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1372     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1373     if (    m2to == m1from
1374         || (m1to == m2from && !squares_aligned(m1from, m2from, m2to)))
1375         return true;
1376
1377     // Second one moves through the square vacated by first one
1378     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1379       return true;
1380
1381     // Second's destination is defended by the first move's piece
1382     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1383     if (m1att & m2to)
1384         return true;
1385
1386     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1387     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1388     {
1389         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1390         return true;
1391     }
1392
1393     return false;
1394   }
1395
1396
1397   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1398   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1399   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1400
1401   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1402
1403     assert(is_ok(first));
1404     assert(is_ok(second));
1405
1406     Square m1from = from_sq(first);
1407     Square m2from = from_sq(second);
1408     Square m1to = to_sq(first);
1409     Square m2to = to_sq(second);
1410
1411     // Don't prune moves of the threatened piece
1412     if (m1from == m2to)
1413         return true;
1414
1415     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1416     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1417     if (    pos.capture(second)
1418         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1419             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1420     {
1421         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1422         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1423         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1424
1425         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1426         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1427             return true;
1428
1429         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1430         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1431                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1432
1433         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1434         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1435             return true;
1436     }
1437
1438     // Don't prune safe moves which block the threat path
1439     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1440         return true;
1441
1442     return false;
1443   }
1444
1445
1446   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1447   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1448
1449   Move Skill::pick_move() {
1450
1451     static RKISS rk;
1452
1453     // PRNG sequence should be not deterministic
1454     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1455         rk.rand<unsigned>();
1456
1457     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1458     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1459     int weakness = 120 - 2 * level;
1460     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1461     best = MOVE_NONE;
1462
1463     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1464     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1465     // then we choose the move with the resulting highest score.
1466     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1467     {
1468         int s = RootMoves[i].score;
1469
1470         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1471         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1472             break;
1473
1474         // This is our magic formula
1475         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1476               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1477
1478         if (s > max_s)
1479         {
1480             max_s = s;
1481             best = RootMoves[i].pv[0];
1482         }
1483     }
1484     return best;
1485   }
1486
1487
1488   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1489   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1490   // the previous search score.
1491
1492   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1493
1494     std::stringstream s;
1495     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1496     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1497     int selDepth = 0;
1498
1499     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1500         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1501             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1502
1503     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1504     {
1505         bool updated = (i <= PVIdx);
1506
1507         if (depth == 1 && !updated)
1508             continue;
1509
1510         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1511         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1512
1513         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1514             s << "\n";
1515
1516         s << "info depth " << d
1517           << " seldepth "  << selDepth
1518           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1519           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1520           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1521           << " time "      << elapsed
1522           << " multipv "   << i + 1
1523           << " pv";
1524
1525         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1526             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1527     }
1528
1529     return s.str();
1530   }
1531
1532 } // namespace
1533
1534
1535 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1536 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1537 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1538 /// long PV to print that is important for position analysis.
1539
1540 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1541
1542   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1543   const TTEntry* tte;
1544   int ply = 0;
1545   Move m = pv[0];
1546
1547   pv.clear();
1548
1549   do {
1550       pv.push_back(m);
1551
1552       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1553
1554       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1555       tte = TT.probe(pos.key());
1556
1557   } while (   tte
1558            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1559            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces())
1560            && ply < MAX_PLY
1561            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1562
1563   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1564
1565   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1566 }
1567
1568
1569 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1570 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1571 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1572
1573 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1574
1575   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1576   const TTEntry* tte;
1577   int ply = 0;
1578
1579   do {
1580       tte = TT.probe(pos.key());
1581
1582       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1583           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1584
1585       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1586
1587       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1588
1589   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1590
1591   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1592 }
1593
1594
1595 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1596
1597 void Thread::idle_loop() {
1598
1599   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1600   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1601   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1602
1603   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1604
1605   while (true)
1606   {
1607       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1608       // wasting CPU time polling for work.
1609       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1610       {
1611           if (exit)
1612           {
1613               assert(!this_sp);
1614               return;
1615           }
1616
1617           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1618           mutex.lock();
1619
1620           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1621           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1622           {
1623               mutex.unlock();
1624               break;
1625           }
1626
1627           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1628           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1629           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1630           // we had the chance to grab the lock.
1631           if (!searching && !exit)
1632               sleepCondition.wait(mutex);
1633
1634           mutex.unlock();
1635       }
1636
1637       // If this thread has been assigned work, launch a search
1638       if (searching)
1639       {
1640           assert(!exit);
1641
1642           Threads.mutex.lock();
1643
1644           assert(searching);
1645           assert(activeSplitPoint);
1646           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1647
1648           Threads.mutex.unlock();
1649
1650           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1651           Position pos(*sp->pos, this);
1652
1653           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1654           ss->splitPoint = sp;
1655
1656           sp->mutex.lock();
1657
1658           assert(activePosition == NULL);
1659
1660           activePosition = &pos;
1661
1662           switch (sp->nodeType) {
1663           case Root:
1664               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1665               break;
1666           case PV:
1667               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1668               break;
1669           case NonPV:
1670               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1671               break;
1672           default:
1673               assert(false);
1674           }
1675
1676           assert(searching);
1677
1678           searching = false;
1679           activePosition = NULL;
1680           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1681           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1682
1683           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1684           // in case we are the last slave of the split point.
1685           if (    Threads.sleepWhileIdle
1686               &&  this != sp->masterThread
1687               && !sp->slavesMask)
1688           {
1689               assert(!sp->masterThread->searching);
1690               sp->masterThread->notify_one();
1691           }
1692
1693           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1694           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1695           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1696           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1697           sp->mutex.unlock();
1698       }
1699
1700       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1701       // their work at this split point, return from the idle loop.
1702       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1703       {
1704           this_sp->mutex.lock();
1705           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1706           this_sp->mutex.unlock();
1707           if (finished)
1708               return;
1709       }
1710   }
1711 }
1712
1713
1714 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1715 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1716 /// available time and so stop the search.
1717
1718 void check_time() {
1719
1720   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1721   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1722
1723   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1724   {
1725       lastInfoTime = Time::now();
1726       dbg_print();
1727   }
1728
1729   if (Limits.ponder)
1730       return;
1731
1732   if (Limits.nodes)
1733   {
1734       Threads.mutex.lock();
1735
1736       nodes = RootPos.nodes_searched();
1737
1738       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1739       // all the currently active positions nodes.
1740       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1741           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1742           {
1743               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1744
1745               sp.mutex.lock();
1746
1747               nodes += sp.nodes;
1748               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1749               while (sm)
1750               {
1751                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1752                   if (pos)
1753                       nodes += pos->nodes_searched();
1754               }
1755
1756               sp.mutex.unlock();
1757           }
1758
1759       Threads.mutex.unlock();
1760   }
1761
1762   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1763   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1764                          && !Signals.failedLowAtRoot
1765                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1766
1767   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1768                    || stillAtFirstMove;
1769
1770   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1771       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1772       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1773       Signals.stop = true;
1774 }