Update History and Counter move on TT hit
[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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   CountermovesStats Countermoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
98   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
99   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
100
101   struct Skill {
102     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
103    ~Skill() {
104       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
105           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
106                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
107     }
108
109     bool enabled() const { return level < 20; }
110     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
111     Move pick_move();
112
113     int level;
114     Move best;
115   };
116
117 } // namespace
118
119
120 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
121
122 void Search::init() {
123
124   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
125   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
126   int mc; // moveCount
127
128   // Init reductions array
129   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
130   {
131       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
132       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
133       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
135
136       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
137       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
138
139       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
140           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
141
142       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
143           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
144   }
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; ++d)
148   {
149       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
150       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
151   }
152 }
153
154
155 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
156 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
157
158 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
159
160   StateInfo st;
161   size_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
164
165   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
166   {
167       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
168       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(*it);
170   }
171   return cnt;
172 }
173
174 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
175   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
176 }
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
185
186   RootColor = RootPos.side_to_move();
187   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
188
189   if (RootMoves.empty())
190   {
191       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
192       sync_cout << "info depth 0 score "
193                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
194                 << sync_endl;
195
196       goto finalize;
197   }
198
199   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
200   {
201       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
202
203       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
204       {
205           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
206           goto finalize;
207       }
208   }
209
210   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
211   {
212       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
213       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
214       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
215       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
216   }
217   else
218       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
219
220   if (Options["Write Search Log"])
221   {
222       Log log(Options["Search Log Filename"]);
223       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
224           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
225           << " ponder: "      << Limits.ponder
226           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
227           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
228           << " moves to go: " << Limits.movestogo
229           << std::endl;
230   }
231
232   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
233   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
234       Threads[i]->maxPly = 0;
235
236   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
237   Threads.timer->run = true;
238   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
239
240   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
241
242   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
243   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
244
245   if (Options["Write Search Log"])
246   {
247       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
248
249       Log log(Options["Search Log Filename"]);
250       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
251           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
252           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
253
254       StateInfo st;
255       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
256       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
257       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
258   }
259
260 finalize:
261
262   // When search is stopped this info is not printed
263   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
264             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
265
266   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
267   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
268   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
269   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
270   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
278   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
279             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
280             << sync_endl;
281 }
282
283
284 namespace {
285
286   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
287   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
288   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290   void id_loop(Position& pos) {
291
292     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
293     int depth;
294     Value bestValue, alpha, beta, delta;
295
296     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
297     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
298
299     depth = 0;
300     BestMoveChanges = 0;
301     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
302     beta = VALUE_INFINITE;
303
304     TT.new_search();
305     History.clear();
306     Gains.clear();
307     Countermoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
401         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
402             skill.pick_move();
403
404         if (Options["Write Search Log"])
405         {
406             RootMove& rm = RootMoves[0];
407             if (skill.best != MOVE_NONE)
408                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
409
410             Log log(Options["Search Log Filename"]);
411             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
412                 << std::endl;
413         }
414
415         // Have we found a "mate in x"?
416         if (   Limits.mate
417             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
418             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
419             Signals.stop = true;
420
421         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
422         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
423         {
424             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
425
426             // Take some extra time if the best move has changed
427             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
428                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
429
430             // Stop the search if most of the available time has been used. We
431             // probably don't have enough time to search the first move at the
432             // next iteration anyway.
433             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
434                 stop = true;
435
436             // Stop the search early if one move seems to be much better than others
437             if (    depth >= 12
438                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
439                 && !stop
440                 &&  PVSize == 1
441                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
442                 && (   RootMoves.size() == 1
443                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
444             {
445                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
446                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
447                 ss->skipNullMove = true;
448                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
449                 ss->skipNullMove = false;
450                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
451
452                 if (v < rBeta)
453                     stop = true;
454             }
455
456             if (stop)
457             {
458                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
459                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
460                 if (Limits.ponder)
461                     Signals.stopOnPonderhit = true;
462                 else
463                     Signals.stop = true;
464             }
465         }
466     }
467   }
468
469
470   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
471   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
472   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
473   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
474   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
475   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
476
477   template <NodeType NT>
478   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
479
480     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
482     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
483
484     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
485     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
486     assert(depth > DEPTH_ZERO);
487
488     Move quietsSearched[64];
489     StateInfo st;
490     const TTEntry *tte;
491     SplitPoint* splitPoint;
492     Key posKey;
493     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
494     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
495     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
496     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
497     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
498     int moveCount, quietCount;
499
500     // Step 1. Initialize node
501     Thread* thisThread = pos.this_thread();
502     inCheck = pos.checkers();
503
504     if (SpNode)
505     {
506         splitPoint = ss->splitPoint;
507         bestMove   = splitPoint->bestMove;
508         threatMove = splitPoint->threatMove;
509         bestValue  = splitPoint->bestValue;
510         tte = NULL;
511         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
512         ttValue = VALUE_NONE;
513
514         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
515
516         goto moves_loop;
517     }
518
519     moveCount = quietCount = 0;
520     bestValue = -VALUE_INFINITE;
521     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
522     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
523     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
524     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
525
526     // Used to send selDepth info to GUI
527     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
528         thisThread->maxPly = ss->ply;
529
530     if (!RootNode)
531     {
532         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
533         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
534             return DrawValue[pos.side_to_move()];
535
536         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
537         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
538         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
539         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
540         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
541         // mate. In this case return a fail-high score.
542         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
543         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
544         if (alpha >= beta)
545             return alpha;
546     }
547
548     // Step 4. Transposition table lookup
549     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
550     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
551     excludedMove = ss->excludedMove;
552     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
553     tte = TT.probe(posKey);
554     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
555     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
556
557     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
558     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
559     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
560     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
561     if (   !RootNode
562         && tte
563         && tte->depth() >= depth
564         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
565         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
566             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
567                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
568     {
569         TT.refresh(tte);
570         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
571
572         // Update killers, history, and counter move on TT hit
573         if (    ttValue >= beta
574             &&  ttMove
575             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
576             &&  ttMove != ss->killers[0])
577         {
578             ss->killers[1] = ss->killers[0];
579             ss->killers[0] = ttMove;
580
581             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
582             History.update(pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), bonus);
583
584             if (is_ok((ss-1)->currentMove))
585             {
586                 Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
587                 Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, ttMove);
588             }
589         }
590         return ttValue;
591     }
592
593     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
594     if (inCheck)
595     {
596         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
597         goto moves_loop;
598     }
599
600     else if (tte)
601     {
602         // Never assume anything on values stored in TT
603         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
604             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
605
606         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
607         if (ttValue != VALUE_NONE)
608             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
609                 eval = ttValue;
610     }
611     else
612     {
613         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
614         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
615     }
616
617     if (   !pos.captured_piece_type()
618         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
619         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
620         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
621         &&  type_of(move) == NORMAL)
622     {
623         Square to = to_sq(move);
624         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
625     }
626
627     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
628     if (   !PvNode
629         &&  depth < 4 * ONE_PLY
630         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
631         &&  ttMove == MOVE_NONE
632         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
633         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
634     {
635         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
636         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
637         if (v < rbeta)
638             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
639             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
640             return v;
641     }
642
643     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
644     if (   !PvNode
645         && !ss->skipNullMove
646         &&  depth < 7 * ONE_PLY
647         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
648         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
649         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
650         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
651         return eval - futility_margin(depth);
652
653     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
654     if (   !PvNode
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
657         &&  eval >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660     {
661         ss->currentMove = MOVE_NULL;
662
663         // Null move dynamic reduction based on depth
664         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
665
666         // Null move dynamic reduction based on value
667         if (eval - PawnValueMg > beta)
668             R += ONE_PLY;
669
670         pos.do_null_move(st);
671         (ss+1)->skipNullMove = true;
672         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
673                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
674         (ss+1)->skipNullMove = false;
675         pos.undo_null_move();
676
677         if (nullValue >= beta)
678         {
679             // Do not return unproven mate scores
680             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
681                 nullValue = beta;
682
683             if (depth < 12 * ONE_PLY)
684                 return nullValue;
685
686             // Do verification search at high depths
687             ss->skipNullMove = true;
688             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
689             ss->skipNullMove = false;
690
691             if (v >= beta)
692                 return nullValue;
693         }
694         else
695         {
696             // The null move failed low, which means that we may be faced with
697             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
698             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
699             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
700             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
701             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
702             threatMove = (ss+1)->currentMove;
703
704             if (   depth < 5 * ONE_PLY
705                 && (ss-1)->reduction
706                 && threatMove != MOVE_NONE
707                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
708                 return alpha;
709         }
710     }
711
712     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
713     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
714     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
715     // prune the previous move.
716     if (   !PvNode
717         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
718         && !ss->skipNullMove
719         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
720     {
721         Value rbeta = beta + 200;
722         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
723
724         assert(rdepth >= ONE_PLY);
725         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
726         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
727
728         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
729         CheckInfo ci(pos);
730
731         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
732             if (pos.legal(move, ci.pinned))
733             {
734                 ss->currentMove = move;
735                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
736                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
737                 pos.undo_move(move);
738                 if (value >= rbeta)
739                     return value;
740             }
741     }
742
743     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
744     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
745         && ttMove == MOVE_NONE
746         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
747     {
748         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
749
750         ss->skipNullMove = true;
751         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
752         ss->skipNullMove = false;
753
754         tte = TT.probe(posKey);
755         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
756     }
757
758 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
759
760     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
761     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
762                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
763
764     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
765     CheckInfo ci(pos);
766     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
767     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
768                || ss->staticEval == VALUE_NONE
769                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
770
771     singularExtensionNode =   !RootNode
772                            && !SpNode
773                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
774                            &&  ttMove != MOVE_NONE
775                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
776                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
777                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
778
779     // Step 11. Loop through moves
780     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
781     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
782     {
783       assert(is_ok(move));
784
785       if (move == excludedMove)
786           continue;
787
788       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
789       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
790       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
791       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
792           continue;
793
794       if (SpNode)
795       {
796           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
797           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
798               continue;
799
800           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
801           splitPoint->mutex.unlock();
802       }
803       else
804           ++moveCount;
805
806       if (RootNode)
807       {
808           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
809
810           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
811               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
812                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
813                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
814       }
815
816       ext = DEPTH_ZERO;
817       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
818       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
819       dangerous =   givesCheck
820                  || type_of(move) != NORMAL
821                  || pos.advanced_pawn_push(move);
822
823       // Step 12. Extend checks
824       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
825           ext = ONE_PLY;
826
827       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
828       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
829       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
830       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
831       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
832       if (    singularExtensionNode
833           &&  move == ttMove
834           && !ext
835           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
836           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
837       {
838           assert(ttValue != VALUE_NONE);
839
840           Value rBeta = ttValue - int(depth);
841           ss->excludedMove = move;
842           ss->skipNullMove = true;
843           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
844           ss->skipNullMove = false;
845           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
846
847           if (value < rBeta)
848               ext = ONE_PLY;
849       }
850
851       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
852       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
853
854       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
855       if (   !PvNode
856           && !captureOrPromotion
857           && !inCheck
858           && !dangerous
859        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
860           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
861       {
862           // Move count based pruning
863           if (   depth < 16 * ONE_PLY
864               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
865               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
866           {
867               if (SpNode)
868                   splitPoint->mutex.lock();
869
870               continue;
871           }
872
873           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
874
875           // Futility pruning: parent node
876           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
877           {
878               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
879                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
880
881               if (futilityValue <= alpha)
882               {
883                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
884
885                   if (SpNode)
886                   {
887                       splitPoint->mutex.lock();
888                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
889                           splitPoint->bestValue = bestValue;
890                   }
891                   continue;
892               }
893           }
894
895           // Prune moves with negative SEE at low depths
896           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
897           {
898               if (SpNode)
899                   splitPoint->mutex.lock();
900
901               continue;
902           }
903       }
904
905       // Check for legality just before making the move
906       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
907       {
908           moveCount--;
909           continue;
910       }
911
912       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
913       ss->currentMove = move;
914       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
915           quietsSearched[quietCount++] = move;
916
917       // Step 14. Make the move
918       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
919
920       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
921       // re-searched at full depth.
922       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
923           && !pvMove
924           && !captureOrPromotion
925           &&  move != ttMove
926           &&  move != ss->killers[0]
927           &&  move != ss->killers[1])
928       {
929           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
930
931           if (!PvNode && cutNode)
932               ss->reduction += ONE_PLY;
933
934           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
935               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
936
937           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
938               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
939
940           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
941           if (SpNode)
942               alpha = splitPoint->alpha;
943
944           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
945
946           // Research at intermediate depth if reduction is very high
947           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
948           {
949               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
950               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
951           }
952
953           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
954           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
955       }
956       else
957           doFullDepthSearch = !pvMove;
958
959       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
960       if (doFullDepthSearch)
961       {
962           if (SpNode)
963               alpha = splitPoint->alpha;
964
965           value = newDepth < ONE_PLY ?
966                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
967                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
969       }
970
971       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
972       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
973       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
974       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
975           value = newDepth < ONE_PLY ?
976                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
978                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
979       // Step 17. Undo move
980       pos.undo_move(move);
981
982       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
983
984       // Step 18. Check for new best move
985       if (SpNode)
986       {
987           splitPoint->mutex.lock();
988           bestValue = splitPoint->bestValue;
989           alpha = splitPoint->alpha;
990       }
991
992       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
993       // was aborted because the user interrupted the search or because we
994       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
995       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
996       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
997           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
998
999       if (RootNode)
1000       {
1001           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1002
1003           // PV move or new best move ?
1004           if (pvMove || value > alpha)
1005           {
1006               rm.score = value;
1007               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1008
1009               // We record how often the best move has been changed in each
1010               // iteration. This information is used for time management: When
1011               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1012               if (!pvMove)
1013                   ++BestMoveChanges;
1014           }
1015           else
1016               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1017               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1018               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1019               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1020       }
1021
1022       if (value > bestValue)
1023       {
1024           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1025
1026           if (value > alpha)
1027           {
1028               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1029
1030               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1031                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1032               else
1033               {
1034                   assert(value >= beta); // Fail high
1035
1036                   if (SpNode)
1037                       splitPoint->cutoff = true;
1038
1039                   break;
1040               }
1041           }
1042       }
1043
1044       // Step 19. Check for splitting the search
1045       if (   !SpNode
1046           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1047           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1048           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1049       {
1050           assert(bestValue < beta);
1051
1052           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1053                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1054           if (bestValue >= beta)
1055               break;
1056       }
1057     }
1058
1059     if (SpNode)
1060         return bestValue;
1061
1062     // Step 20. Check for mate and stalemate
1063     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1064     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1065     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1066     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1067     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1068     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1069     if (!moveCount)
1070         return  excludedMove ? alpha
1071               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1072
1073     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1074     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1075         bestValue = alpha;
1076
1077     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1078              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1079              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1080              depth, bestMove, ss->staticEval);
1081
1082     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1083     if (    bestValue >= beta
1084         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1085         && !inCheck)
1086     {
1087         if (ss->killers[0] != bestMove)
1088         {
1089             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1090             ss->killers[0] = bestMove;
1091         }
1092
1093         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1094         // played non-capture moves.
1095         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1096         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1097         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1098         {
1099             Move m = quietsSearched[i];
1100             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1101         }
1102
1103         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1104             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1105     }
1106
1107     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1108
1109     return bestValue;
1110   }
1111
1112
1113   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1114   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1115   // less than ONE_PLY).
1116
1117   template <NodeType NT, bool InCheck>
1118   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1119
1120     const bool PvNode = (NT == PV);
1121
1122     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1123     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1124     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1125     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1126     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1127
1128     StateInfo st;
1129     const TTEntry* tte;
1130     Key posKey;
1131     Move ttMove, move, bestMove;
1132     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1133     bool givesCheck, evasionPrunable;
1134     Depth ttDepth;
1135
1136     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1137     if (PvNode)
1138         oldAlpha = alpha;
1139
1140     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1141     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1142
1143     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1144     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1145         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1146
1147     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152
1153     // Transposition table lookup
1154     posKey = pos.key();
1155     tte = TT.probe(posKey);
1156     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1157     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1158
1159     if (   tte
1160         && tte->depth() >= ttDepth
1161         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1162         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1163             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1164                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1165     {
1166         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1167         return ttValue;
1168     }
1169
1170     // Evaluate the position statically
1171     if (InCheck)
1172     {
1173         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1174         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1175     }
1176     else
1177     {
1178         if (tte)
1179         {
1180             // Never assume anything on values stored in TT
1181             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1182                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1183
1184             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1185             if (ttValue != VALUE_NONE)
1186                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1187                     bestValue = ttValue;
1188         }
1189         else
1190             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1191
1192         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1193         if (bestValue >= beta)
1194         {
1195             if (!tte)
1196                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1197                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1198
1199             return bestValue;
1200         }
1201
1202         if (PvNode && bestValue > alpha)
1203             alpha = bestValue;
1204
1205         futilityBase = bestValue + Value(128);
1206     }
1207
1208     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1209     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1210     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1211     // be generated.
1212     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1213     CheckInfo ci(pos);
1214
1215     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1216     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1217     {
1218       assert(is_ok(move));
1219
1220       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1221
1222       // Futility pruning
1223       if (   !PvNode
1224           && !InCheck
1225           && !givesCheck
1226           &&  move != ttMove
1227           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1228           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1229       {
1230           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1231
1232           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1233
1234           if (futilityValue < beta)
1235           {
1236               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1237               continue;
1238           }
1239
1240           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1241           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1242           if (   futilityBase < beta
1243               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1244           {
1245               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1246               continue;
1247           }
1248       }
1249
1250       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1251       evasionPrunable =    InCheck
1252                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1253                        && !pos.capture(move)
1254                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1255
1256       // Don't search moves with negative SEE values
1257       if (   !PvNode
1258           && (!InCheck || evasionPrunable)
1259           &&  move != ttMove
1260           &&  type_of(move) != PROMOTION
1261           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1262           continue;
1263
1264       // Check for legality just before making the move
1265       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1266           continue;
1267
1268       ss->currentMove = move;
1269
1270       // Make and search the move
1271       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1272       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1273                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1274       pos.undo_move(move);
1275
1276       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1277
1278       // Check for new best move
1279       if (value > bestValue)
1280       {
1281           bestValue = value;
1282
1283           if (value > alpha)
1284           {
1285               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1286               {
1287                   alpha = value;
1288                   bestMove = move;
1289               }
1290               else // Fail high
1291               {
1292                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1293                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1294
1295                   return value;
1296               }
1297           }
1298        }
1299     }
1300
1301     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1302     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1303     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1304         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1305
1306     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1307              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1308              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1309
1310     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1311
1312     return bestValue;
1313   }
1314
1315
1316   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1317   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1318   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1319
1320   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1321
1322     assert(v != VALUE_NONE);
1323
1324     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1325           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1326   }
1327
1328
1329   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1330   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1331   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1332
1333   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1334
1335     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1336           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1337           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1338   }
1339
1340
1341   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1342   // 'second' move possible e.g. if the moving piece is the same in both moves.
1343   // Normally the second move is the threat (the best move returned from a null
1344   // search that fails low).
1345
1346   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1347
1348     assert(is_ok(first));
1349     assert(is_ok(second));
1350     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1351     assert(type_of(first) == CASTLING || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1352
1353     Square m1from = from_sq(first);
1354     Square m2from = from_sq(second);
1355     Square m1to = to_sq(first);
1356     Square m2to = to_sq(second);
1357
1358     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move.
1359     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1360     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1361     if (    m2to == m1from
1362         || (m1to == m2from && !aligned(m1from, m2from, m2to)))
1363         return true;
1364
1365     // Second one moves through the square vacated by first one
1366     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1367       return true;
1368
1369     // Second's destination is defended by the first move's piece
1370     Bitboard m1att = attacks_bb(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1371     if (m1att & m2to)
1372         return true;
1373
1374     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1375     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1376     {
1377         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1378         return true;
1379     }
1380
1381     return false;
1382   }
1383
1384
1385   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1386   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1387   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1388
1389   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1390
1391     assert(is_ok(first));
1392     assert(is_ok(second));
1393
1394     Square m1from = from_sq(first);
1395     Square m2from = from_sq(second);
1396     Square m1to = to_sq(first);
1397     Square m2to = to_sq(second);
1398
1399     // Don't prune moves of the threatened piece
1400     if (m1from == m2to)
1401         return true;
1402
1403     // If the threatened piece has a value less than or equal to the value of
1404     // the threat piece, don't prune moves which defend it.
1405     if (    pos.capture(second)
1406         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1407             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1408     {
1409         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1410         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1411         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1412
1413         // Does the moved piece attack the square 'm2to' ?
1414         if (attacks_bb(pc, m1to, occ) & m2to)
1415             return true;
1416
1417         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1418         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1419                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1420
1421         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1422         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1423             return true;
1424     }
1425
1426     // Don't prune safe moves which block the threat path
1427     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1428         return true;
1429
1430     return false;
1431   }
1432
1433
1434   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1435   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1436
1437   Move Skill::pick_move() {
1438
1439     static RKISS rk;
1440
1441     // PRNG sequence should be not deterministic
1442     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1443         rk.rand<unsigned>();
1444
1445     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1446     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1447     int weakness = 120 - 2 * level;
1448     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1449     best = MOVE_NONE;
1450
1451     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1452     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1453     // then we choose the move with the resulting highest score.
1454     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1455     {
1456         int s = RootMoves[i].score;
1457
1458         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1459         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1460             break;
1461
1462         // This is our magic formula
1463         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1464               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1465
1466         if (s > max_s)
1467         {
1468             max_s = s;
1469             best = RootMoves[i].pv[0];
1470         }
1471     }
1472     return best;
1473   }
1474
1475
1476   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1477   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1478   // search score.
1479
1480   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1481
1482     std::stringstream s;
1483     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1484     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1485     int selDepth = 0;
1486
1487     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1488         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1489             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1490
1491     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1492     {
1493         bool updated = (i <= PVIdx);
1494
1495         if (depth == 1 && !updated)
1496             continue;
1497
1498         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1499         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1500
1501         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1502             s << "\n";
1503
1504         s << "info depth " << d
1505           << " seldepth "  << selDepth
1506           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1507           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1508           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1509           << " time "      << elapsed
1510           << " multipv "   << i + 1
1511           << " pv";
1512
1513         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1514             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1515     }
1516
1517     return s.str();
1518   }
1519
1520 } // namespace
1521
1522
1523 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1524 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1525 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1526 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1527
1528 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1529
1530   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1531   const TTEntry* tte;
1532   int ply = 0;
1533   Move m = pv[0];
1534
1535   pv.clear();
1536
1537   do {
1538       pv.push_back(m);
1539
1540       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1541
1542       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1543       tte = TT.probe(pos.key());
1544
1545   } while (   tte
1546            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1547            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1548            && ply < MAX_PLY
1549            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1550
1551   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1552
1553   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1554 }
1555
1556
1557 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1558 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1559 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1560
1561 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1562
1563   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1564   const TTEntry* tte;
1565   int ply = 0;
1566
1567   do {
1568       tte = TT.probe(pos.key());
1569
1570       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1571           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1572
1573       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1574
1575       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1576
1577   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1578
1579   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1580 }
1581
1582
1583 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1584
1585 void Thread::idle_loop() {
1586
1587   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1588   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1589   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1590
1591   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1592
1593   while (true)
1594   {
1595       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1596       // wasting CPU time polling for work.
1597       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1598       {
1599           if (exit)
1600           {
1601               assert(!this_sp);
1602               return;
1603           }
1604
1605           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1606           mutex.lock();
1607
1608           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1609           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1610           {
1611               mutex.unlock();
1612               break;
1613           }
1614
1615           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1616           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1617           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1618           // we had the chance to grab the lock.
1619           if (!searching && !exit)
1620               sleepCondition.wait(mutex);
1621
1622           mutex.unlock();
1623       }
1624
1625       // If this thread has been assigned work, launch a search
1626       if (searching)
1627       {
1628           assert(!exit);
1629
1630           Threads.mutex.lock();
1631
1632           assert(searching);
1633           assert(activeSplitPoint);
1634           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1635
1636           Threads.mutex.unlock();
1637
1638           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1639           Position pos(*sp->pos, this);
1640
1641           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1642           ss->splitPoint = sp;
1643
1644           sp->mutex.lock();
1645
1646           assert(activePosition == NULL);
1647
1648           activePosition = &pos;
1649
1650           switch (sp->nodeType) {
1651           case Root:
1652               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1653               break;
1654           case PV:
1655               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1656               break;
1657           case NonPV:
1658               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1659               break;
1660           default:
1661               assert(false);
1662           }
1663
1664           assert(searching);
1665
1666           searching = false;
1667           activePosition = NULL;
1668           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1669           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1670
1671           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1672           // loop in case we are the last slave of the split point.
1673           if (    Threads.sleepWhileIdle
1674               &&  this != sp->masterThread
1675               && !sp->slavesMask)
1676           {
1677               assert(!sp->masterThread->searching);
1678               sp->masterThread->notify_one();
1679           }
1680
1681           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1682           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1683           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1684           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1685           sp->mutex.unlock();
1686       }
1687
1688       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1689       // their work at this split point, return from the idle loop.
1690       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1691       {
1692           this_sp->mutex.lock();
1693           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1694           this_sp->mutex.unlock();
1695           if (finished)
1696               return;
1697       }
1698   }
1699 }
1700
1701
1702 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1703 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1704 /// available time and thus stop the search.
1705
1706 void check_time() {
1707
1708   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1709   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1710
1711   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1712   {
1713       lastInfoTime = Time::now();
1714       dbg_print();
1715   }
1716
1717   if (Limits.ponder)
1718       return;
1719
1720   if (Limits.nodes)
1721   {
1722       Threads.mutex.lock();
1723
1724       nodes = RootPos.nodes_searched();
1725
1726       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1727       // all the currently active positions nodes.
1728       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1729           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1730           {
1731               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1732
1733               sp.mutex.lock();
1734
1735               nodes += sp.nodes;
1736               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1737               while (sm)
1738               {
1739                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1740                   if (pos)
1741                       nodes += pos->nodes_searched();
1742               }
1743
1744               sp.mutex.unlock();
1745           }
1746
1747       Threads.mutex.unlock();
1748   }
1749
1750   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1751   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1752                          && !Signals.failedLowAtRoot
1753                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1754
1755   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1756                    || stillAtFirstMove;
1757
1758   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1759       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1760       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1761       Signals.stop = true;
1762 }