4717a4d591d7ecfe8b32737b780b31b54510d42d
[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   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141
142       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
143       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
144
145       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
146           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
147   }
148
149   // Init futility margins array
150   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
151       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
152
153   // Init futility move count array
154   for (d = 0; d < 32; d++)
155   {
156       FutilityMoveCounts[0][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d       ), 1.8)) * (d < 5 ? 4 : 3) / 4;
157       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d + 0.98), 1.8));
158   }
159 }
160
161
162 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
163 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
164
165 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
166
167   StateInfo st;
168   size_t cnt = 0;
169   CheckInfo ci(pos);
170   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
171
172   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
173   {
174       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
175       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
176       pos.undo_move(*it);
177   }
178   return cnt;
179 }
180
181 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
182   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
183 }
184
185 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
186 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
187 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
188
189 void Search::think() {
190
191   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
192
193   RootColor = RootPos.side_to_move();
194   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
195
196   if (RootMoves.empty())
197   {
198       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
199       sync_cout << "info depth 0 score "
200                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
201                 << sync_endl;
202
203       goto finalize;
204   }
205
206   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
207   {
208       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
209
210       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
211       {
212           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
213           goto finalize;
214       }
215   }
216
217   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
218   {
219       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
220       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
221       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
222       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
223   }
224   else
225       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
226
227   if (Options["Write Search Log"])
228   {
229       Log log(Options["Search Log Filename"]);
230       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
231           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
232           << " ponder: "      << Limits.ponder
233           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
234           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
235           << " moves to go: " << Limits.movestogo
236           << std::endl;
237   }
238
239   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
240   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
241       Threads[i]->maxPly = 0;
242
243   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
244
245   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
246   // used to check for remaining available thinking time.
247   Threads.timer->msec =
248   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
249                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
250                                : 100;
251
252   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
253
254   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
255
256   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
257   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
258
259   if (Options["Write Search Log"])
260   {
261       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
262
263       Log log(Options["Search Log Filename"]);
264       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
265           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
266           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
267
268       StateInfo st;
269       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
270       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
271       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
272   }
273
274 finalize:
275
276   // When search is stopped this info is not printed
277   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
278             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
279
280   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
281   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
282   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
283   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
284   // raise Signals.stop).
285   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
286   {
287       Signals.stopOnPonderhit = true;
288       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
289   }
290
291   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
292   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
293             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
294             << sync_endl;
295 }
296
297
298 namespace {
299
300   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
301   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
302   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
303
304   void id_loop(Position& pos) {
305
306     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
307     int depth, prevBestMoveChanges;
308     Value bestValue, alpha, beta, delta;
309
310     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
311     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
312
313     depth = BestMoveChanges = 0;
314     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
315     beta = VALUE_INFINITE;
316
317     TT.new_search();
318     History.clear();
319     Gains.clear();
320     Countermoves.clear();
321
322     PVSize = Options["MultiPV"];
323     Skill skill(Options["Skill Level"]);
324
325     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
326     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
327     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
328         PVSize = 4;
329
330     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
331
332     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
333     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
334     {
335         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
336         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
337         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
338             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
339
340         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
341         BestMoveChanges = 0;
342
343         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
344         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
345         {
346             // Reset aspiration window starting size
347             if (depth >= 5)
348             {
349                 delta = Value(16);
350                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
351                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
352             }
353
354             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
355             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
356             while (true)
357             {
358                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
359
360                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
361                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
362                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
363                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
364                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
365                 // the already searched PV lines are preserved.
366                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
367
368                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
369                 // entries have been overwritten during the search.
370                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
371                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
372
373                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
374                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
375                 // valid, although refers to previous iteration.
376                 if (Signals.stop)
377                     return;
378
379                 // When failing high/low give some update (without cluttering
380                 // the UI) before to research.
381                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
382                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
383                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
384
385                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
386                 // research, otherwise exit the loop.
387                 if (bestValue <= alpha)
388                 {
389                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
390
391                     Signals.failedLowAtRoot = true;
392                     Signals.stopOnPonderhit = false;
393                 }
394                 else if (bestValue >= beta)
395                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
396
397                 else
398                     break;
399
400                 delta += delta / 2;
401
402                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
403             }
404
405             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
406             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
407
408             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
409                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
410         }
411
412         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
413         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
414             skill.pick_move();
415
416         if (Options["Write Search Log"])
417         {
418             RootMove& rm = RootMoves[0];
419             if (skill.best != MOVE_NONE)
420                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
421
422             Log log(Options["Search Log Filename"]);
423             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
424                 << std::endl;
425         }
426
427         // Do we have found a "mate in x"?
428         if (   Limits.mate
429             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
430             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
431             Signals.stop = true;
432
433         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
434         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
435         {
436             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
437
438             // Take in account some extra time if the best move has changed
439             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
440                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
441
442             // Stop search if most of available time is already consumed. We
443             // probably don't have enough time to search the first move at the
444             // next iteration anyway.
445             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
446                 stop = true;
447
448             // Stop search early if one move seems to be much better than others
449             if (    depth >= 12
450                 && !stop
451                 &&  PVSize == 1
452                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
453                 && (   RootMoves.size() == 1
454                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
455             {
456                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
457                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
458                 ss->skipNullMove = true;
459                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
460                 ss->skipNullMove = false;
461                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
462
463                 if (v < rBeta)
464                     stop = true;
465             }
466
467             if (stop)
468             {
469                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
470                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
471                 if (Limits.ponder)
472                     Signals.stopOnPonderhit = true;
473                 else
474                     Signals.stop = true;
475             }
476         }
477     }
478   }
479
480
481   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
482   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
483   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
484   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
485   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
486   // here: This is taken care of after we return from the split point.
487
488   template <NodeType NT>
489   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
490
491     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
492     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
493     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
494
495     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
496     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
497     assert(depth > DEPTH_ZERO);
498
499     Move quietsSearched[64];
500     StateInfo st;
501     const TTEntry *tte;
502     SplitPoint* splitPoint;
503     Key posKey;
504     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
505     Depth ext, newDepth;
506     Value bestValue, value, ttValue;
507     Value eval, nullValue, futilityValue;
508     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
509     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
510     int moveCount, quietCount;
511
512     // Step 1. Initialize node
513     Thread* thisThread = pos.this_thread();
514     inCheck = pos.checkers();
515
516     if (SpNode)
517     {
518         splitPoint = ss->splitPoint;
519         bestMove   = splitPoint->bestMove;
520         threatMove = splitPoint->threatMove;
521         bestValue  = splitPoint->bestValue;
522         tte = NULL;
523         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
524         ttValue = VALUE_NONE;
525
526         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
527
528         goto moves_loop;
529     }
530
531     moveCount = quietCount = 0;
532     bestValue = -VALUE_INFINITE;
533     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
534     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
535     ss->futilityMoveCount = 0;
536     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
537     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
538
539     // Used to send selDepth info to GUI
540     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
541         thisThread->maxPly = ss->ply;
542
543     if (!RootNode)
544     {
545         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
546         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
547             return DrawValue[pos.side_to_move()];
548
549         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
550         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
551         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
552         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
553         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
554         // in this case return a fail-high score.
555         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
556         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
557         if (alpha >= beta)
558             return alpha;
559     }
560
561     // Step 4. Transposition table lookup
562     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
563     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
564     excludedMove = ss->excludedMove;
565     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
566     tte = TT.probe(posKey);
567     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
568     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
569
570     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
571     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
572     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
573     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
574     if (   !RootNode
575         && tte
576         && tte->depth() >= depth
577         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
578         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
579             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
580                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
581     {
582         TT.refresh(tte);
583         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
584
585         if (    ttValue >= beta
586             &&  ttMove
587             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
588             &&  ttMove != ss->killers[0])
589         {
590             ss->killers[1] = ss->killers[0];
591             ss->killers[0] = ttMove;
592         }
593         return ttValue;
594     }
595
596     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
597     if (inCheck)
598     {
599         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
600         goto moves_loop;
601     }
602
603     else if (tte)
604     {
605         // Never assume anything on values stored in TT
606         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
607             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
608             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
609
610         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
611         if (ttValue != VALUE_NONE)
612             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
613                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
614                 eval = ttValue;
615     }
616     else
617     {
618         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
619         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
620                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
621     }
622
623     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
624     // evaluation before and after the move.
625     if (   !pos.captured_piece_type()
626         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
627         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
628         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
629         &&  type_of(move) == NORMAL)
630     {
631         Square to = to_sq(move);
632         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
633     }
634
635     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
636     if (   !PvNode
637         &&  depth < 4 * ONE_PLY
638         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
639         &&  ttMove == MOVE_NONE
640         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
641         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
642     {
643         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
644         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
645         if (v < rbeta)
646             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
647             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
648             return v;
649     }
650
651     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
652     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
653     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
654     if (   !PvNode
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  depth < 4 * ONE_PLY
657         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
660         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
661         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
662
663     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
664     if (   !PvNode
665         && !ss->skipNullMove
666         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
667         &&  eval >= beta
668         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
669         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
670     {
671         ss->currentMove = MOVE_NULL;
672
673         // Null move dynamic reduction based on depth
674         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
675
676         // Null move dynamic reduction based on value
677         if (eval - PawnValueMg > beta)
678             R += ONE_PLY;
679
680         pos.do_null_move(st);
681         (ss+1)->skipNullMove = true;
682         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
683                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
684         (ss+1)->skipNullMove = false;
685         pos.undo_null_move();
686
687         if (nullValue >= beta)
688         {
689             // Do not return unproven mate scores
690             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
691                 nullValue = beta;
692
693             if (depth < 12 * ONE_PLY)
694                 return nullValue;
695
696             // Do verification search at high depths
697             ss->skipNullMove = true;
698             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
699             ss->skipNullMove = false;
700
701             if (v >= beta)
702                 return nullValue;
703         }
704         else
705         {
706             // The null move failed low, which means that we may be faced with
707             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
708             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
709             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
710             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
711             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
712             threatMove = (ss+1)->currentMove;
713
714             if (   depth < 5 * ONE_PLY
715                 && (ss-1)->reduction
716                 && threatMove != MOVE_NONE
717                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
718                 return alpha;
719         }
720     }
721
722     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
723     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
724     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
725     // prune the previous move.
726     if (   !PvNode
727         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
728         && !ss->skipNullMove
729         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
730     {
731         Value rbeta = beta + 200;
732         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
733
734         assert(rdepth >= ONE_PLY);
735         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
736         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
737
738         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
739         CheckInfo ci(pos);
740
741         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
742             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
743             {
744                 ss->currentMove = move;
745                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
746                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
747                 pos.undo_move(move);
748                 if (value >= rbeta)
749                     return value;
750             }
751     }
752
753     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
754     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
755         && ttMove == MOVE_NONE
756         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
757     {
758         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
759
760         ss->skipNullMove = true;
761         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
762         ss->skipNullMove = false;
763
764         tte = TT.probe(posKey);
765         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
766     }
767
768 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
769
770     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
771     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
772                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
773
774     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
775     CheckInfo ci(pos);
776     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
777     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
778                || ss->staticEval == VALUE_NONE
779                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
780
781     singularExtensionNode =   !RootNode
782                            && !SpNode
783                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
784                            &&  ttMove != MOVE_NONE
785                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
786                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
787                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
788
789     // Step 11. Loop through moves
790     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
791     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
792     {
793       assert(is_ok(move));
794
795       if (move == excludedMove)
796           continue;
797
798       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
799       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
800       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
801       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
802           continue;
803
804       if (SpNode)
805       {
806           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
807           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
808               continue;
809
810           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
811           splitPoint->mutex.unlock();
812       }
813       else
814           moveCount++;
815
816       if (RootNode)
817       {
818           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
819
820           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
821               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
822                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
823                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
824       }
825
826       ext = DEPTH_ZERO;
827       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
828       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
829       dangerous =   givesCheck
830                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
831                  || type_of(move) == CASTLE;
832
833       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
834       if (PvNode && dangerous)
835           ext = ONE_PLY;
836
837       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
838           ext = ONE_PLY / 2;
839
840       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
841       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
842       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
843       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
844       // a margin then we extend ttMove.
845       if (    singularExtensionNode
846           &&  move == ttMove
847           && !ext
848           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
849           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
850       {
851           assert(ttValue != VALUE_NONE);
852
853           Value rBeta = ttValue - int(depth);
854           ss->excludedMove = move;
855           ss->skipNullMove = true;
856           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
857           ss->skipNullMove = false;
858           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
859
860           if (value < rBeta)
861               ext = ONE_PLY;
862       }
863
864       // Update current move (this must be done after singular extension search)
865       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
866
867       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
868       if (   !PvNode
869           && !captureOrPromotion
870           && !inCheck
871           && !dangerous
872        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
873           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
874       {
875           // Move count based pruning
876           if (   depth < 16 * ONE_PLY
877               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
878               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
879           {
880               if (SpNode)
881                   splitPoint->mutex.lock();
882
883               continue;
884           }
885
886           // Value based pruning
887           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
888           // but fixing this made program slightly weaker.
889           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
890           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
891                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
892
893           if (futilityValue < beta)
894           {
895               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
896
897               if (SpNode)
898               {
899                   splitPoint->mutex.lock();
900                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
901                       splitPoint->bestValue = bestValue;
902               }
903               continue;
904           }
905
906           // Prune moves with negative SEE at low depths
907           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
908               && pos.see_sign(move) < 0)
909           {
910               if (SpNode)
911                   splitPoint->mutex.lock();
912
913               continue;
914           }
915
916           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
917           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
918           ss->futilityMoveCount = moveCount;
919       }
920       else
921           ss->futilityMoveCount = 0;
922
923       // Check for legality only before to do the move
924       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
925       {
926           moveCount--;
927           continue;
928       }
929
930       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
931       ss->currentMove = move;
932       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
933           quietsSearched[quietCount++] = move;
934
935       // Step 14. Make the move
936       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
937
938       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
939       // re-searched at full depth.
940       if (    depth > 3 * ONE_PLY
941           && !pvMove
942           && !captureOrPromotion
943           && !dangerous
944           &&  move != ttMove
945           &&  move != ss->killers[0]
946           &&  move != ss->killers[1])
947       {
948           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
949
950           if (!PvNode && cutNode)
951               ss->reduction += ONE_PLY;
952
953           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
954               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
955
956           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
957           if (SpNode)
958               alpha = splitPoint->alpha;
959
960           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
961
962           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
963           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
964       }
965       else
966           doFullDepthSearch = !pvMove;
967
968       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
969       if (doFullDepthSearch)
970       {
971           if (SpNode)
972               alpha = splitPoint->alpha;
973
974           value = newDepth < ONE_PLY ?
975                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
976                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
978       }
979
980       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
981       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
982       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
983       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
984           value = newDepth < ONE_PLY ?
985                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
986                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
987                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
988       // Step 17. Undo move
989       pos.undo_move(move);
990
991       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
992
993       // Step 18. Check for new best move
994       if (SpNode)
995       {
996           splitPoint->mutex.lock();
997           bestValue = splitPoint->bestValue;
998           alpha = splitPoint->alpha;
999       }
1000
1001       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1002       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1003       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1004       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1005       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1006           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1007
1008       if (RootNode)
1009       {
1010           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1011
1012           // PV move or new best move ?
1013           if (pvMove || value > alpha)
1014           {
1015               rm.score = value;
1016               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1017
1018               // We record how often the best move has been changed in each
1019               // iteration. This information is used for time management: When
1020               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1021               if (!pvMove)
1022                   BestMoveChanges++;
1023           }
1024           else
1025               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1026               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1027               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1028               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1029       }
1030
1031       if (value > bestValue)
1032       {
1033           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1034
1035           if (value > alpha)
1036           {
1037               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1038
1039               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1040                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1041               else
1042               {
1043                   assert(value >= beta); // Fail high
1044
1045                   if (SpNode)
1046                       splitPoint->cutoff = true;
1047
1048                   break;
1049               }
1050           }
1051       }
1052
1053       // Step 19. Check for splitting the search
1054       if (   !SpNode
1055           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1056           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1057           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1058       {
1059           assert(bestValue < beta);
1060
1061           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1062                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1063           if (bestValue >= beta)
1064               break;
1065       }
1066     }
1067
1068     if (SpNode)
1069         return bestValue;
1070
1071     // Step 20. Check for mate and stalemate
1072     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1073     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1074     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1075     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1076     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1077     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1078     if (!moveCount)
1079         return  excludedMove ? alpha
1080               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1081
1082     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1083     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1084         bestValue = alpha;
1085
1086     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1087              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1088              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1089              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1090
1091     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1092     if (    bestValue >= beta
1093         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1094         && !inCheck)
1095     {
1096         if (ss->killers[0] != bestMove)
1097         {
1098             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1099             ss->killers[0] = bestMove;
1100         }
1101
1102         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1103         // played non-capture moves.
1104         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1105         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1106         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1107         {
1108             Move m = quietsSearched[i];
1109             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1110         }
1111
1112         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1113             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1114     }
1115
1116     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1117
1118     return bestValue;
1119   }
1120
1121
1122   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1123   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1124   // less than ONE_PLY).
1125
1126   template <NodeType NT, bool InCheck>
1127   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1128
1129     const bool PvNode = (NT == PV);
1130
1131     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1132     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1133     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1134     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1135     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1136
1137     StateInfo st;
1138     const TTEntry* tte;
1139     Key posKey;
1140     Move ttMove, move, bestMove;
1141     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1142     bool givesCheck, evasionPrunable;
1143     Depth ttDepth;
1144
1145     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1146     if (PvNode)
1147         oldAlpha = alpha;
1148
1149     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1150     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1151
1152     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1153     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1154         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1155
1156     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1157     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1158     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1159     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1160                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1161
1162     // Transposition table lookup
1163     posKey = pos.key();
1164     tte = TT.probe(posKey);
1165     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1166     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1167
1168     if (   tte
1169         && tte->depth() >= ttDepth
1170         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1171         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1172             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1173                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1174     {
1175         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1176         return ttValue;
1177     }
1178
1179     // Evaluate the position statically
1180     if (InCheck)
1181     {
1182         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1183         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1184     }
1185     else
1186     {
1187         if (tte)
1188         {
1189             // Never assume anything on values stored in TT
1190             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1191                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1192                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1193         }
1194         else
1195             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1196
1197         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1198         if (bestValue >= beta)
1199         {
1200             if (!tte)
1201                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1202                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1203
1204             return bestValue;
1205         }
1206
1207         if (PvNode && bestValue > alpha)
1208             alpha = bestValue;
1209
1210         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1211     }
1212
1213     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1214     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1215     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1216     // be generated.
1217     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1218     CheckInfo ci(pos);
1219
1220     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1221     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1222     {
1223       assert(is_ok(move));
1224
1225       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1226
1227       // Futility pruning
1228       if (   !PvNode
1229           && !InCheck
1230           && !givesCheck
1231           &&  move != ttMove
1232           &&  type_of(move) != PROMOTION
1233           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1234           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1235       {
1236           futilityValue =  futilityBase
1237                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1238                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1239
1240           if (futilityValue < beta)
1241           {
1242               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1243               continue;
1244           }
1245
1246           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1247           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1248           if (   futilityBase < beta
1249               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1250           {
1251               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1252               continue;
1253           }
1254       }
1255
1256       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1257       evasionPrunable =    InCheck
1258                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1259                        && !pos.is_capture(move)
1260                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1261
1262       // Don't search moves with negative SEE values
1263       if (   !PvNode
1264           && (!InCheck || evasionPrunable)
1265           &&  move != ttMove
1266           &&  type_of(move) != PROMOTION
1267           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1268           continue;
1269
1270       // Don't search useless checks
1271       if (   !PvNode
1272           && !InCheck
1273           &&  givesCheck
1274           &&  move != ttMove
1275           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1276           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1277           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1278           continue;
1279
1280       // Check for legality only before to do the move
1281       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1282           continue;
1283
1284       ss->currentMove = move;
1285
1286       // Make and search the move
1287       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1288       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1289                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1290       pos.undo_move(move);
1291
1292       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1293
1294       // Check for new best move
1295       if (value > bestValue)
1296       {
1297           bestValue = value;
1298
1299           if (value > alpha)
1300           {
1301               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1302               {
1303                   alpha = value;
1304                   bestMove = move;
1305               }
1306               else // Fail high
1307               {
1308                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1309                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1310
1311                   return value;
1312               }
1313           }
1314        }
1315     }
1316
1317     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1318     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1319     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1320         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1321
1322     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1323              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1324              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1325
1326     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1327
1328     return bestValue;
1329   }
1330
1331
1332   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1333   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1334   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1335
1336   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     assert(v != VALUE_NONE);
1339
1340     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1341           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1342   }
1343
1344
1345   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1346   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1347   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1348
1349   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1350
1351     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1352           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1353           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1354   }
1355
1356
1357   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1358
1359   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1360   {
1361     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1362     Square from = from_sq(move);
1363     Square to = to_sq(move);
1364     Color them = ~pos.side_to_move();
1365     Square ksq = pos.king_square(them);
1366     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1367     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1368     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1369     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1370     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1371
1372     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1373     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1374         return true;
1375
1376     // Queen contact check is very dangerous
1377     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1378         return true;
1379
1380     // Creating new double threats with checks is dangerous
1381     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1382     while (b)
1383     {
1384         // Note that here we generate illegal "double move"!
1385         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1386             return true;
1387     }
1388
1389     return false;
1390   }
1391
1392
1393   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1394   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1395   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1396   // from a null search that fails low).
1397
1398   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1399
1400     assert(is_ok(first));
1401     assert(is_ok(second));
1402     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1403     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1404
1405     Square m1from = from_sq(first);
1406     Square m2from = from_sq(second);
1407     Square m1to = to_sq(first);
1408     Square m2to = to_sq(second);
1409
1410     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1411     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1412         return true;
1413
1414     // Second one moves through the square vacated by first one
1415     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1416       return true;
1417
1418     // Second's destination is defended by the first move's piece
1419     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1420     if (m1att & m2to)
1421         return true;
1422
1423     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1424     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1425     {
1426         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1427         return true;
1428     }
1429
1430     return false;
1431   }
1432
1433
1434   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1435   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1436   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1437
1438   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1439
1440     assert(is_ok(first));
1441     assert(is_ok(second));
1442
1443     Square m1from = from_sq(first);
1444     Square m2from = from_sq(second);
1445     Square m1to = to_sq(first);
1446     Square m2to = to_sq(second);
1447
1448     // Don't prune moves of the threatened piece
1449     if (m1from == m2to)
1450         return true;
1451
1452     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1453     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1454     if (    pos.is_capture(second)
1455         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1456             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1457     {
1458         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1459         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1460         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1461
1462         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1463         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1464             return true;
1465
1466         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1467         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1468                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1469
1470         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1471         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1472             return true;
1473     }
1474
1475     // Don't prune safe moves which block the threat path
1476     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1477         return true;
1478
1479     return false;
1480   }
1481
1482
1483   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1484   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1485
1486   Move Skill::pick_move() {
1487
1488     static RKISS rk;
1489
1490     // PRNG sequence should be not deterministic
1491     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1492         rk.rand<unsigned>();
1493
1494     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1495     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1496     int weakness = 120 - 2 * level;
1497     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1498     best = MOVE_NONE;
1499
1500     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1501     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1502     // then we choose the move with the resulting highest score.
1503     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1504     {
1505         int s = RootMoves[i].score;
1506
1507         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1508         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1509             break;
1510
1511         // This is our magic formula
1512         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1513               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1514
1515         if (s > max_s)
1516         {
1517             max_s = s;
1518             best = RootMoves[i].pv[0];
1519         }
1520     }
1521     return best;
1522   }
1523
1524
1525   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1526   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1527   // the previous search score.
1528
1529   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1530
1531     std::stringstream s;
1532     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1533     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1534     int selDepth = 0;
1535
1536     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1537         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1538             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1539
1540     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1541     {
1542         bool updated = (i <= PVIdx);
1543
1544         if (depth == 1 && !updated)
1545             continue;
1546
1547         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1548         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1549
1550         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1551             s << "\n";
1552
1553         s << "info depth " << d
1554           << " seldepth "  << selDepth
1555           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1556           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1557           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1558           << " time "      << elapsed
1559           << " multipv "   << i + 1
1560           << " pv";
1561
1562         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1563             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1564     }
1565
1566     return s.str();
1567   }
1568
1569 } // namespace
1570
1571
1572 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1573 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1574 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1575 /// long PV to print that is important for position analysis.
1576
1577 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1578
1579   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1580   const TTEntry* tte;
1581   int ply = 0;
1582   Move m = pv[0];
1583
1584   pv.clear();
1585
1586   do {
1587       pv.push_back(m);
1588
1589       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1590
1591       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1592       tte = TT.probe(pos.key());
1593
1594   } while (   tte
1595            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1596            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1597            && ply < MAX_PLY
1598            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1599
1600   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1601
1602   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1603 }
1604
1605
1606 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1607 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1608 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1609
1610 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1611
1612   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1613   const TTEntry* tte;
1614   int ply = 0;
1615
1616   do {
1617       tte = TT.probe(pos.key());
1618
1619       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1620           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1621
1622       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1623
1624       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1625
1626   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1627
1628   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1629 }
1630
1631
1632 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1633
1634 void Thread::idle_loop() {
1635
1636   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1637   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1638   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1639
1640   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1641
1642   while (true)
1643   {
1644       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1645       // wasting CPU time polling for work.
1646       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1647       {
1648           if (exit)
1649           {
1650               assert(!this_sp);
1651               return;
1652           }
1653
1654           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1655           mutex.lock();
1656
1657           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1658           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1659           {
1660               mutex.unlock();
1661               break;
1662           }
1663
1664           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1665           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1666           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1667           // we had the chance to grab the lock.
1668           if (!searching && !exit)
1669               sleepCondition.wait(mutex);
1670
1671           mutex.unlock();
1672       }
1673
1674       // If this thread has been assigned work, launch a search
1675       if (searching)
1676       {
1677           assert(!exit);
1678
1679           Threads.mutex.lock();
1680
1681           assert(searching);
1682           assert(activeSplitPoint);
1683           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1684
1685           Threads.mutex.unlock();
1686
1687           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1688           Position pos(*sp->pos, this);
1689
1690           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1691           ss->splitPoint = sp;
1692
1693           sp->mutex.lock();
1694
1695           assert(activePosition == NULL);
1696
1697           activePosition = &pos;
1698
1699           switch (sp->nodeType) {
1700           case Root:
1701               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1702               break;
1703           case PV:
1704               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1705               break;
1706           case NonPV:
1707               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1708               break;
1709           default:
1710               assert(false);
1711           }
1712
1713           assert(searching);
1714
1715           searching = false;
1716           activePosition = NULL;
1717           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1718           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1719
1720           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1721           // in case we are the last slave of the split point.
1722           if (    Threads.sleepWhileIdle
1723               &&  this != sp->masterThread
1724               && !sp->slavesMask)
1725           {
1726               assert(!sp->masterThread->searching);
1727               sp->masterThread->notify_one();
1728           }
1729
1730           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1731           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1732           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1733           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1734           sp->mutex.unlock();
1735       }
1736
1737       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1738       // their work at this split point, return from the idle loop.
1739       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1740       {
1741           this_sp->mutex.lock();
1742           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1743           this_sp->mutex.unlock();
1744           if (finished)
1745               return;
1746       }
1747   }
1748 }
1749
1750
1751 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1752 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1753 /// available time and so stop the search.
1754
1755 void check_time() {
1756
1757   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1758   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1759
1760   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1761   {
1762       lastInfoTime = Time::now();
1763       dbg_print();
1764   }
1765
1766   if (Limits.ponder)
1767       return;
1768
1769   if (Limits.nodes)
1770   {
1771       Threads.mutex.lock();
1772
1773       nodes = RootPos.nodes_searched();
1774
1775       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1776       // all the currently active positions nodes.
1777       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1778           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1779           {
1780               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1781
1782               sp.mutex.lock();
1783
1784               nodes += sp.nodes;
1785               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1786               while (sm)
1787               {
1788                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1789                   if (pos)
1790                       nodes += pos->nodes_searched();
1791               }
1792
1793               sp.mutex.unlock();
1794           }
1795
1796       Threads.mutex.unlock();
1797   }
1798
1799   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1800   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1801                          && !Signals.failedLowAtRoot
1802                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1803
1804   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1805                    || stillAtFirstMove;
1806
1807   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1808       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1809       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1810       Signals.stop = true;
1811 }