Introduce Cut/All node definitions
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
159   if (depth == ONE_PLY)
160       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165
166   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
167   {
168       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
169       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(*it);
171   }
172
173   return cnt;
174 }
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Use Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
236
237   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
238   // used to check for remaining available thinking time.
239   Threads.timer->msec =
240   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
241                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
242                                : 100;
243
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When search is stopped this info is not printed
269   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
270             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
271
272   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
273   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
274   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
275   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
276   // raise Signals.stop).
277   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
278   {
279       Signals.stopOnPonderhit = true;
280       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
281   }
282
283   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
284   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
285             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
286             << sync_endl;
287 }
288
289
290 namespace {
291
292   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
293   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
294   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
295
296   void id_loop(Position& pos) {
297
298     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
299     int depth, prevBestMoveChanges;
300     Value bestValue, alpha, beta, delta;
301
302     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
303     depth = BestMoveChanges = 0;
304     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
305     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
306     TT.new_search();
307     History.clear();
308     Gains.clear();
309     Countermoves.clear();
310
311     PVSize = Options["MultiPV"];
312     Skill skill(Options["Skill Level"]);
313
314     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
315     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
317         PVSize = 4;
318
319     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
320
321     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
322     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
323     {
324         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
325         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
327             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
328
329         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
330         BestMoveChanges = 0;
331
332         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
333         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
334         {
335             // Set aspiration window default width
336             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
337             {
338                 delta = Value(16);
339                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
340                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
341             }
342             else
343             {
344                 alpha = -VALUE_INFINITE;
345                 beta  =  VALUE_INFINITE;
346             }
347
348             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
349             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
350             while (true)
351             {
352                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
353
354                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
355                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
356                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
357                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
358                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
359                 // the already searched PV lines are preserved.
360                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
361
362                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
363                 // entries have been overwritten during the search.
364                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
365                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
366
367                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
368                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
369                 // valid, although refers to previous iteration.
370                 if (Signals.stop)
371                     return;
372
373                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
374                 // research, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
376                     break;
377
378                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
379                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
380                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
381
382                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
383                 {
384                     alpha = -VALUE_INFINITE;
385                     beta  =  VALUE_INFINITE;
386                 }
387                 else if (bestValue >= beta)
388                 {
389                     beta += delta;
390                     delta += delta / 2;
391                 }
392                 else
393                 {
394                     Signals.failedLowAtRoot = true;
395                     Signals.stopOnPonderhit = false;
396
397                     alpha -= delta;
398                     delta += delta / 2;
399                 }
400
401                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
402             }
403
404             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
405             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
406
407             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
408                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
409         }
410
411         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
412         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
413             skill.pick_move();
414
415         if (Options["Use Search Log"])
416         {
417             RootMove& rm = RootMoves[0];
418             if (skill.best != MOVE_NONE)
419                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
420
421             Log log(Options["Search Log Filename"]);
422             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
423                 << std::endl;
424         }
425
426         // Do we have found a "mate in x"?
427         if (   Limits.mate
428             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
429             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
430             Signals.stop = true;
431
432         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
433         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
434         {
435             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
436
437             // Take in account some extra time if the best move has changed
438             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
439                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
440
441             // Stop search if most of available time is already consumed. We
442             // probably don't have enough time to search the first move at the
443             // next iteration anyway.
444             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
445                 stop = true;
446
447             // Stop search early if one move seems to be much better than others
448             if (    depth >= 12
449                 && !stop
450                 &&  PVSize == 1
451                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
452                 && (   RootMoves.size() == 1
453                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
454             {
455                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
456                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
457                 ss->skipNullMove = true;
458                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
459                 ss->skipNullMove = false;
460                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
461
462                 if (v < rBeta)
463                     stop = true;
464             }
465
466             if (stop)
467             {
468                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
469                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
470                 if (Limits.ponder)
471                     Signals.stopOnPonderhit = true;
472                 else
473                     Signals.stop = true;
474             }
475         }
476     }
477   }
478
479
480   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
481   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
482   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
483   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
484   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
485   // here: This is taken care of after we return from the split point.
486
487   template <NodeType NT>
488   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
489
490     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
491     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
492     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
493
494     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
495     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
496     assert(depth > DEPTH_ZERO);
497
498     Move movesSearched[64];
499     StateInfo st;
500     const TTEntry *tte;
501     SplitPoint* splitPoint;
502     Key posKey;
503     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
504     Depth ext, newDepth;
505     Value bestValue, value, ttValue;
506     Value eval, nullValue, futilityValue;
507     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
508     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
509     int moveCount, playedMoveCount;
510
511     // Step 1. Initialize node
512     Thread* thisThread = pos.this_thread();
513     moveCount = playedMoveCount = 0;
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 split_point_start;
529     }
530
531     bestValue = -VALUE_INFINITE;
532     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
533     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
534     ss->futilityMoveCount = 0;
535     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
536     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
537
538     // Used to send selDepth info to GUI
539     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
540         thisThread->maxPly = ss->ply;
541
542     if (!RootNode)
543     {
544         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
545         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
546             return DrawValue[pos.side_to_move()];
547
548         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
549         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
550         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
551         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
552         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
553         // in this case return a fail-high score.
554         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
555         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
556         if (alpha >= beta)
557             return alpha;
558     }
559
560     // Step 4. Transposition table lookup
561     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
562     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
563     excludedMove = ss->excludedMove;
564     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
565     tte = TT.probe(posKey);
566     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
567     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
568
569     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
570     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
571     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
572     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
573     if (   !RootNode
574         && tte
575         && tte->depth() >= depth
576         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
577         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
578             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
579                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
580     {
581         TT.refresh(tte);
582         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
583
584         if (    ttValue >= beta
585             &&  ttMove
586             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
587             &&  ttMove != ss->killers[0])
588         {
589             ss->killers[1] = ss->killers[0];
590             ss->killers[0] = ttMove;
591         }
592         return ttValue;
593     }
594
595     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
596     if (inCheck)
597         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
598
599     else if (tte)
600     {
601         // Never assume anything on values stored in TT
602         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
603             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
604             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
605
606         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
607         if (ttValue != VALUE_NONE)
608             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
609                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
610                 eval = ttValue;
611     }
612     else
613     {
614         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
615         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
616                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
617     }
618
619     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
620     // evaluation before and after the move.
621     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
622         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
623         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
624         && !pos.captured_piece_type()
625         &&  type_of(move) == NORMAL)
626     {
627         Square to = to_sq(move);
628         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
629     }
630
631     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
632     if (   !PvNode
633         &&  depth < 4 * ONE_PLY
634         && !inCheck
635         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
636         &&  ttMove == MOVE_NONE
637         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
638         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
639     {
640         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
641         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
642         if (v < rbeta)
643             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
644             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
645             return v;
646     }
647
648     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
649     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
650     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
651     if (   !PvNode
652         && !ss->skipNullMove
653         &&  depth < 4 * ONE_PLY
654         && !inCheck
655         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
656         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
657         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
658         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
659         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
660
661     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
662     if (   !PvNode
663         && !ss->skipNullMove
664         &&  depth > ONE_PLY
665         && !inCheck
666         &&  eval >= beta
667         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
668         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
669     {
670         ss->currentMove = MOVE_NULL;
671
672         // Null move dynamic reduction based on depth
673         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
674
675         // Null move dynamic reduction based on value
676         if (eval - PawnValueMg > beta)
677             R += ONE_PLY;
678
679         pos.do_null_move(st);
680         (ss+1)->skipNullMove = true;
681         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
682                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
683         (ss+1)->skipNullMove = false;
684         pos.undo_null_move();
685
686         if (nullValue >= beta)
687         {
688             // Do not return unproven mate scores
689             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
690                 nullValue = beta;
691
692             if (depth < 12 * ONE_PLY)
693                 return nullValue;
694
695             // Do verification search at high depths
696             ss->skipNullMove = true;
697             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
698             ss->skipNullMove = false;
699
700             if (v >= beta)
701                 return nullValue;
702         }
703         else
704         {
705             // The null move failed low, which means that we may be faced with
706             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
707             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
708             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
709             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
710             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
711             threatMove = (ss+1)->currentMove;
712
713             if (   depth < 5 * ONE_PLY
714                 && (ss-1)->reduction
715                 && threatMove != MOVE_NONE
716                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
717                 return alpha;
718         }
719     }
720
721     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
722     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
723     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
724     // prune the previous move.
725     if (   !PvNode
726         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
727         && !inCheck
728         && !ss->skipNullMove
729         &&  excludedMove == MOVE_NONE
730         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
731     {
732         Value rbeta = beta + 200;
733         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
734
735         assert(rdepth >= ONE_PLY);
736         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
738
739         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
740         CheckInfo ci(pos);
741
742         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
743             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
744             {
745                 ss->currentMove = move;
746                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
747                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
748                 pos.undo_move(move);
749                 if (value >= rbeta)
750                     return value;
751             }
752     }
753
754     // Step 10. Internal iterative deepening
755     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
756         && ttMove == MOVE_NONE
757         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
758     {
759         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
760
761         ss->skipNullMove = true;
762         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
763         ss->skipNullMove = false;
764
765         tte = TT.probe(posKey);
766         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
767     }
768
769 split_point_start: // At split points actual search starts from here
770
771     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
772     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
773                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
774
775     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
776     CheckInfo ci(pos);
777     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
778     singularExtensionNode =   !RootNode
779                            && !SpNode
780                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
781                            &&  ttMove != MOVE_NONE
782                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
783                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
784                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
785
786     // Step 11. Loop through moves
787     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
788     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
789     {
790       assert(is_ok(move));
791
792       if (move == excludedMove)
793           continue;
794
795       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
796       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
797       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
798       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
799           continue;
800
801       if (SpNode)
802       {
803           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
804           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
805               continue;
806
807           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
808           splitPoint->mutex.unlock();
809       }
810       else
811           moveCount++;
812
813       if (RootNode)
814       {
815           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
816
817           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
818               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
819                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
820                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
821       }
822
823       ext = DEPTH_ZERO;
824       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
825       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
826       dangerous =   givesCheck
827                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
828                  || type_of(move) == CASTLE
829                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
830                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
831                      && type_of(move) == NORMAL
832                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
833                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
834
835       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
836       if (PvNode && dangerous)
837           ext = ONE_PLY;
838
839       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
840           ext = ONE_PLY / 2;
841
842       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
843       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
844       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
845       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
846       // a margin then we extend ttMove.
847       if (    singularExtensionNode
848           &&  move == ttMove
849           && !ext
850           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
851           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
852       {
853           assert(ttValue != VALUE_NONE);
854
855           Value rBeta = ttValue - int(depth);
856           ss->excludedMove = move;
857           ss->skipNullMove = true;
858           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
859           ss->skipNullMove = false;
860           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
861
862           if (value < rBeta)
863               ext = ONE_PLY;
864       }
865
866       // Update current move (this must be done after singular extension search)
867       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
868
869       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
870       if (   !PvNode
871           && !captureOrPromotion
872           && !inCheck
873           && !dangerous
874        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
875           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
876       {
877           // Move count based pruning
878           if (   depth < 16 * ONE_PLY
879               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
880               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
881           {
882               if (SpNode)
883                   splitPoint->mutex.lock();
884
885               continue;
886           }
887
888           // Value based pruning
889           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
890           // but fixing this made program slightly weaker.
891           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
892           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
893                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
894
895           if (futilityValue < beta)
896           {
897               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
898
899               if (SpNode)
900               {
901                   splitPoint->mutex.lock();
902                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
903                       splitPoint->bestValue = bestValue;
904               }
905               continue;
906           }
907
908           // Prune moves with negative SEE at low depths
909           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
910               && pos.see_sign(move) < 0)
911           {
912               if (SpNode)
913                   splitPoint->mutex.lock();
914
915               continue;
916           }
917
918           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
919           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
920           ss->futilityMoveCount = moveCount;
921       }
922       else
923           ss->futilityMoveCount = 0;
924
925       // Check for legality only before to do the move
926       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
927       {
928           moveCount--;
929           continue;
930       }
931
932       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
933       ss->currentMove = move;
934       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
935           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
936
937       // Step 14. Make the move
938       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
939
940       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
941       // re-searched at full depth.
942       if (    depth > 3 * ONE_PLY
943           && !pvMove
944           && !captureOrPromotion
945           && !dangerous
946           &&  move != ttMove
947           &&  move != ss->killers[0]
948           &&  move != ss->killers[1])
949       {
950           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
951           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
952               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
953
954           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
955           if (SpNode)
956               alpha = splitPoint->alpha;
957
958           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
959
960           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
961           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
962       }
963       else
964           doFullDepthSearch = !pvMove;
965
966       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
967       if (doFullDepthSearch)
968       {
969           if (SpNode)
970               alpha = splitPoint->alpha;
971
972           value = newDepth < ONE_PLY ?
973                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
976       }
977
978       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
979       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
980       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
981       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
982           value = newDepth < ONE_PLY ?
983                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
984                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
985                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
986       // Step 17. Undo move
987       pos.undo_move(move);
988
989       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
990
991       // Step 18. Check for new best move
992       if (SpNode)
993       {
994           splitPoint->mutex.lock();
995           bestValue = splitPoint->bestValue;
996           alpha = splitPoint->alpha;
997       }
998
999       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1000       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1001       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1002       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1003       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1004           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1005
1006       if (RootNode)
1007       {
1008           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move ?
1011           if (pvMove || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1015
1016               // We record how often the best move has been changed in each
1017               // iteration. This information is used for time management: When
1018               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1019               if (!pvMove)
1020                   BestMoveChanges++;
1021           }
1022           else
1023               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1024               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1025               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1026               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1027       }
1028
1029       if (value > bestValue)
1030       {
1031           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1032
1033           if (value > alpha)
1034           {
1035               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1036
1037               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1038                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1039               else
1040               {
1041                   assert(value >= beta); // Fail high
1042
1043                   if (SpNode)
1044                       splitPoint->cutoff = true;
1045
1046                   break;
1047               }
1048           }
1049       }
1050
1051       // Step 19. Check for splitting the search
1052       if (   !SpNode
1053           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1054           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1055           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1056       {
1057           assert(bestValue < beta);
1058
1059           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1060                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1061           if (bestValue >= beta)
1062               break;
1063       }
1064     }
1065
1066     if (SpNode)
1067         return bestValue;
1068
1069     // Step 20. Check for mate and stalemate
1070     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1071     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1072     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1073     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1074     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1075     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1076     if (!moveCount)
1077         return  excludedMove ? alpha
1078               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1079
1080     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1081     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1082     {
1083         assert(!playedMoveCount);
1084
1085         bestValue = alpha;
1086     }
1087
1088     if (bestValue >= beta) // Failed high
1089     {
1090         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1091                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1092
1093         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1094         {
1095             if (bestMove != ss->killers[0])
1096             {
1097                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1098                 ss->killers[0] = bestMove;
1099             }
1100
1101             // Increase history value of the cut-off move
1102             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1103             History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1104             if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1105                 Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1106
1107             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1108             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1109             {
1110                 Move m = movesSearched[i];
1111                 History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1112             }
1113         }
1114     }
1115     else // Failed low or PV search
1116         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1117                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1118                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1119
1120     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1121
1122     return bestValue;
1123   }
1124
1125
1126   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1127   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1128   // less than ONE_PLY).
1129
1130   template <NodeType NT, bool InCheck>
1131   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1132
1133     const bool PvNode = (NT == PV);
1134
1135     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1136     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1137     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1138     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1139     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1140
1141     StateInfo st;
1142     const TTEntry* tte;
1143     Key posKey;
1144     Move ttMove, move, bestMove;
1145     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1146     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1147     Depth ttDepth;
1148
1149     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1150     if (PvNode)
1151         oldAlpha = alpha;
1152
1153     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1154     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1155
1156     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1157     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1158         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1159
1160     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1161     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1162     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1163     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1164                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1165
1166     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1167     // pruning, but only for move ordering.
1168     posKey = pos.key();
1169     tte = TT.probe(posKey);
1170     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1171     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1172
1173     if (   tte
1174         && tte->depth() >= ttDepth
1175         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1176         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1177             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1178                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1179     {
1180         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1181         return ttValue;
1182     }
1183
1184     // Evaluate the position statically
1185     if (InCheck)
1186     {
1187         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1188         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1189         enoughMaterial = false;
1190     }
1191     else
1192     {
1193         if (tte)
1194         {
1195             // Never assume anything on values stored in TT
1196             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1197                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1198                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
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 = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1217         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1218     }
1219
1220     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1221     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1222     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1223     // be generated.
1224     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1225     CheckInfo ci(pos);
1226
1227     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1228     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1229     {
1230       assert(is_ok(move));
1231
1232       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1233
1234       // Futility pruning
1235       if (   !PvNode
1236           && !InCheck
1237           && !givesCheck
1238           &&  move != ttMove
1239           &&  enoughMaterial
1240           &&  type_of(move) != PROMOTION
1241           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1242       {
1243           futilityValue =  futilityBase
1244                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1245                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1246
1247           if (futilityValue < beta)
1248           {
1249               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1250               continue;
1251           }
1252
1253           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1254           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1255           if (   futilityBase < beta
1256               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1257           {
1258               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1259               continue;
1260           }
1261       }
1262
1263       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1264       evasionPrunable =   !PvNode
1265                        &&  InCheck
1266                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1267                        && !pos.is_capture(move)
1268                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1269
1270       // Don't search moves with negative SEE values
1271       if (   !PvNode
1272           && (!InCheck || evasionPrunable)
1273           &&  move != ttMove
1274           &&  type_of(move) != PROMOTION
1275           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1276           continue;
1277
1278       // Don't search useless checks
1279       if (   !PvNode
1280           && !InCheck
1281           &&  givesCheck
1282           &&  move != ttMove
1283           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1284           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1285           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1286           continue;
1287
1288       // Check for legality only before to do the move
1289       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1290           continue;
1291
1292       ss->currentMove = move;
1293
1294       // Make and search the move
1295       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1296       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1297                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1298       pos.undo_move(move);
1299
1300       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1301
1302       // Check for new best move
1303       if (value > bestValue)
1304       {
1305           bestValue = value;
1306
1307           if (value > alpha)
1308           {
1309               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1310               {
1311                   alpha = value;
1312                   bestMove = move;
1313               }
1314               else // Fail high
1315               {
1316                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1317                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1318
1319                   return value;
1320               }
1321           }
1322        }
1323     }
1324
1325     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1326     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1327     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1328         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1329
1330     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1331              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1332              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1333
1334     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1335
1336     return bestValue;
1337   }
1338
1339
1340   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1341   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1342   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1343
1344   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1345
1346     assert(v != VALUE_NONE);
1347
1348     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1349           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1350   }
1351
1352
1353   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1354   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1355   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1356
1357   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1358
1359     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1360           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1361           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1362   }
1363
1364
1365   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1366
1367   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1368   {
1369     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1370     Square from = from_sq(move);
1371     Square to = to_sq(move);
1372     Color them = ~pos.side_to_move();
1373     Square ksq = pos.king_square(them);
1374     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1375     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1376     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1377     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1378     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1379
1380     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1381     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1382         return true;
1383
1384     // Queen contact check is very dangerous
1385     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1386         return true;
1387
1388     // Creating new double threats with checks is dangerous
1389     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1390     while (b)
1391     {
1392         // Note that here we generate illegal "double move"!
1393         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1394             return true;
1395     }
1396
1397     return false;
1398   }
1399
1400
1401   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1402   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1403   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1404   // from a null search that fails low).
1405
1406   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1407
1408     assert(is_ok(first));
1409     assert(is_ok(second));
1410     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1411     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1412
1413     Square m1from = from_sq(first);
1414     Square m2from = from_sq(second);
1415     Square m1to = to_sq(first);
1416     Square m2to = to_sq(second);
1417
1418     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1419     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1420         return true;
1421
1422     // Second one moves through the square vacated by first one
1423     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1424       return true;
1425
1426     // Second's destination is defended by the first move's piece
1427     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1428     if (m1att & m2to)
1429         return true;
1430
1431     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1432     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1433     {
1434         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1435         return true;
1436     }
1437
1438     return false;
1439   }
1440
1441
1442   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1443   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1444   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1445
1446   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1447
1448     assert(is_ok(first));
1449     assert(is_ok(second));
1450
1451     Square m1from = from_sq(first);
1452     Square m2from = from_sq(second);
1453     Square m1to = to_sq(first);
1454     Square m2to = to_sq(second);
1455
1456     // Don't prune moves of the threatened piece
1457     if (m1from == m2to)
1458         return true;
1459
1460     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1461     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1462     if (    pos.is_capture(second)
1463         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1464             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1465     {
1466         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1467         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1468         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1469
1470         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1471         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1472             return true;
1473
1474         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1475         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1476                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1477
1478         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1479         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1480             return true;
1481     }
1482
1483     // Don't prune safe moves which block the threat path
1484     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1485         return true;
1486
1487     return false;
1488   }
1489
1490
1491   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1492   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1493
1494   Move Skill::pick_move() {
1495
1496     static RKISS rk;
1497
1498     // PRNG sequence should be not deterministic
1499     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1500         rk.rand<unsigned>();
1501
1502     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1503     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1504     int weakness = 120 - 2 * level;
1505     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1506     best = MOVE_NONE;
1507
1508     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1509     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1510     // then we choose the move with the resulting highest score.
1511     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1512     {
1513         int s = RootMoves[i].score;
1514
1515         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1516         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1517             break;
1518
1519         // This is our magic formula
1520         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1521               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1522
1523         if (s > max_s)
1524         {
1525             max_s = s;
1526             best = RootMoves[i].pv[0];
1527         }
1528     }
1529     return best;
1530   }
1531
1532
1533   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1534   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1535   // the previous search score.
1536
1537   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1538
1539     std::stringstream s;
1540     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1541     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1542     int selDepth = 0;
1543
1544     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1545         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1546             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1547
1548     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1549     {
1550         bool updated = (i <= PVIdx);
1551
1552         if (depth == 1 && !updated)
1553             continue;
1554
1555         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1556         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1557
1558         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1559             s << "\n";
1560
1561         s << "info depth " << d
1562           << " seldepth "  << selDepth
1563           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1564           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1565           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1566           << " time "      << elapsed
1567           << " multipv "   << i + 1
1568           << " pv";
1569
1570         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1571             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1572     }
1573
1574     return s.str();
1575   }
1576
1577 } // namespace
1578
1579
1580 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1581 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1582 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1583 /// long PV to print that is important for position analysis.
1584
1585 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1586
1587   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1588   TTEntry* tte;
1589   int ply = 0;
1590   Move m = pv[0];
1591
1592   pv.clear();
1593
1594   do {
1595       pv.push_back(m);
1596
1597       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1598
1599       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1600       tte = TT.probe(pos.key());
1601
1602   } while (   tte
1603            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1604            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1605            && ply < MAX_PLY
1606            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1607
1608   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1609
1610   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1611 }
1612
1613
1614 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1615 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1616 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1617
1618 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1619
1620   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1621   TTEntry* tte;
1622   int ply = 0;
1623
1624   do {
1625       tte = TT.probe(pos.key());
1626
1627       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1628           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1629
1630       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1631
1632       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1633
1634   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1635
1636   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1637 }
1638
1639
1640 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1641
1642 void Thread::idle_loop() {
1643
1644   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1645   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1646   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1647
1648   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1649
1650   while (true)
1651   {
1652       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1653       // wasting CPU time polling for work.
1654       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1655       {
1656           if (exit)
1657           {
1658               assert(!this_sp);
1659               return;
1660           }
1661
1662           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1663           mutex.lock();
1664
1665           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1666           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1667           {
1668               mutex.unlock();
1669               break;
1670           }
1671
1672           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1673           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1674           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1675           // we had the chance to grab the lock.
1676           if (!searching && !exit)
1677               sleepCondition.wait(mutex);
1678
1679           mutex.unlock();
1680       }
1681
1682       // If this thread has been assigned work, launch a search
1683       if (searching)
1684       {
1685           assert(!exit);
1686
1687           Threads.mutex.lock();
1688
1689           assert(searching);
1690           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1691
1692           Threads.mutex.unlock();
1693
1694           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1695           Position pos(*sp->pos, this);
1696
1697           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1698           ss->splitPoint = sp;
1699
1700           sp->mutex.lock();
1701
1702           assert(activePosition == NULL);
1703
1704           activePosition = &pos;
1705
1706           switch (sp->nodeType) {
1707           case Root:
1708               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1709               break;
1710           case PV:
1711               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1712               break;
1713           case NonPV:
1714               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1715               break;
1716           default:
1717               assert(false);
1718           }
1719
1720           assert(searching);
1721
1722           searching = false;
1723           activePosition = NULL;
1724           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1725           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1726
1727           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1728           // in case we are the last slave of the split point.
1729           if (    Threads.sleepWhileIdle
1730               &&  this != sp->masterThread
1731               && !sp->slavesMask)
1732           {
1733               assert(!sp->masterThread->searching);
1734               sp->masterThread->notify_one();
1735           }
1736
1737           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1738           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1739           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1740           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1741           sp->mutex.unlock();
1742       }
1743
1744       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1745       // their work at this split point, return from the idle loop.
1746       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1747       {
1748           this_sp->mutex.lock();
1749           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1750           this_sp->mutex.unlock();
1751           if (finished)
1752               return;
1753       }
1754   }
1755 }
1756
1757
1758 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1759 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1760 /// available time and so stop the search.
1761
1762 void check_time() {
1763
1764   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1765   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1766
1767   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1768   {
1769       lastInfoTime = Time::now();
1770       dbg_print();
1771   }
1772
1773   if (Limits.ponder)
1774       return;
1775
1776   if (Limits.nodes)
1777   {
1778       Threads.mutex.lock();
1779
1780       nodes = RootPos.nodes_searched();
1781
1782       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1783       // all the currently active positions nodes.
1784       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1785           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1786           {
1787               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1788
1789               sp.mutex.lock();
1790
1791               nodes += sp.nodes;
1792               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1793               while (sm)
1794               {
1795                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1796                   if (pos)
1797                       nodes += pos->nodes_searched();
1798               }
1799
1800               sp.mutex.unlock();
1801           }
1802
1803       Threads.mutex.unlock();
1804   }
1805
1806   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1807   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1808                          && !Signals.failedLowAtRoot
1809                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1810
1811   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1812                    || stillAtFirstMove;
1813
1814   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1815       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1816       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1817       Signals.stop = true;
1818 }