5aeb9a87b71059e2097e5890bc5ea9ea19977862
[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 be 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 max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
267   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
268   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
269   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
270   // raise Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
278   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
279             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
280             << sync_endl;
281 }
282
283
284 namespace {
285
286   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
287   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
288   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290   void id_loop(Position& pos) {
291
292     Stack 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 last iteration's scores before first PV line is searched and all
326         // the move scores but 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 case of fail high/low,
342             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
346
347                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
348                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
349                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
350                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
351                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
352                 // the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
362                 // valid, although refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before to research.
368                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
369                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
370                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371
372                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
373                 // research, otherwise exit the loop.
374                 if (bestValue <= alpha)
375                 {
376                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
377
378                     Signals.failedLowAtRoot = true;
379                     Signals.stopOnPonderhit = false;
380                 }
381                 else if (bestValue >= beta)
382                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
383
384                 else
385                     break;
386
387                 delta += delta / 2;
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394
395             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
396                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
397         }
398
399         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
400         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
401             skill.pick_move();
402
403         if (Options["Write Search Log"])
404         {
405             RootMove& rm = RootMoves[0];
406             if (skill.best != MOVE_NONE)
407                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
408
409             Log log(Options["Search Log Filename"]);
410             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
411                 << std::endl;
412         }
413
414         // Do we have found a "mate in x"?
415         if (   Limits.mate
416             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
417             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
418             Signals.stop = true;
419
420         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
421         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
422         {
423             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
424
425             // Take in account some extra time if the best move has changed
426             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
427                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
428
429             // Stop search if most of available time is already consumed. We
430             // probably don't have enough time to search the first move at the
431             // next iteration anyway.
432             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
433                 stop = true;
434
435             // Stop search early if one move seems to be much better than others
436             if (    depth >= 12
437                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
438                 && !stop
439                 &&  PVSize == 1
440                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
441                 && (   RootMoves.size() == 1
442                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
443             {
444                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
445                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
446                 ss->skipNullMove = true;
447                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
448                 ss->skipNullMove = false;
449                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
450
451                 if (v < rBeta)
452                     stop = true;
453             }
454
455             if (stop)
456             {
457                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                 if (Limits.ponder)
460                     Signals.stopOnPonderhit = true;
461                 else
462                     Signals.stop = true;
463             }
464         }
465     }
466   }
467
468
469   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
470   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
471   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
472   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
473   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
474   // here: This is taken care of after we return from the split point.
475
476   template <NodeType NT>
477   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
478
479     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
480     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
482
483     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
484     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
485     assert(depth > DEPTH_ZERO);
486
487     StateInfo st;
488     const TTEntry *tte;
489     SplitPoint* splitPoint;
490     Key posKey;
491     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
492     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
493     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
494     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
495     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
496     int moveCount;
497
498     // Step 1. Initialize node
499     Thread* thisThread = pos.this_thread();
500     inCheck = pos.checkers();
501
502     if (SpNode)
503     {
504         splitPoint = ss->splitPoint;
505         bestMove   = splitPoint->bestMove;
506         threatMove = splitPoint->threatMove;
507         bestValue  = splitPoint->bestValue;
508         tte = NULL;
509         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
510         ttValue = VALUE_NONE;
511
512         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
513
514         goto moves_loop;
515     }
516
517     moveCount = 0;
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
522     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
523
524     // Used to send selDepth info to GUI
525     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
526         thisThread->maxPly = ss->ply;
527
528     if (!RootNode)
529     {
530         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
531         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
532             return DrawValue[pos.side_to_move()];
533
534         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
535         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
536         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
537         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
538         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
539         // in this case return a fail-high score.
540         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
541         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
542         if (alpha >= beta)
543             return alpha;
544     }
545
546     // Step 4. Transposition table lookup
547     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
548     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
549     excludedMove = ss->excludedMove;
550     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
551     tte = TT.probe(posKey);
552     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
553     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
554
555     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
556     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
557     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
558     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
559     if (   !RootNode
560         && tte
561         && tte->depth() >= depth
562         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
563         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
564             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
565                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
566     {
567         TT.refresh(tte);
568         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
569
570         if (    ttValue >= beta
571             &&  ttMove
572             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
573             &&  ttMove != ss->killers[0])
574         {
575             ss->killers[1] = ss->killers[0];
576             ss->killers[0] = ttMove;
577         }
578         return ttValue;
579     }
580
581     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
582     if (inCheck)
583     {
584         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
585         goto moves_loop;
586     }
587
588     else if (tte)
589     {
590         // Never assume anything on values stored in TT
591         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
592             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
593
594         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
595         if (ttValue != VALUE_NONE)
596             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
597                 eval = ttValue;
598     }
599     else
600     {
601         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
602         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
603     }
604
605     if (   !pos.captured_piece_type()
606         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
607         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
608         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
609         &&  type_of(move) == NORMAL)
610     {
611         Square to = to_sq(move);
612         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
613     }
614
615     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
616     if (   !PvNode
617         &&  depth < 4 * ONE_PLY
618         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
619         &&  ttMove == MOVE_NONE
620         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
621         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
622     {
623         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
624         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
625         if (v < rbeta)
626             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
627             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
628             return v;
629     }
630
631     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
632     if (   !PvNode
633         && !ss->skipNullMove
634         &&  depth < 7 * ONE_PLY
635         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
636         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
637         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
638         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
639         return eval - futility_margin(depth);
640
641     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
642     if (   !PvNode
643         && !ss->skipNullMove
644         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
645         &&  eval >= beta
646         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
647         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
648     {
649         ss->currentMove = MOVE_NULL;
650
651         // Null move dynamic reduction based on depth
652         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
653
654         // Null move dynamic reduction based on value
655         if (eval - PawnValueMg > beta)
656             R += ONE_PLY;
657
658         pos.do_null_move(st);
659         (ss+1)->skipNullMove = true;
660         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
661                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
662         (ss+1)->skipNullMove = false;
663         pos.undo_null_move();
664
665         if (nullValue >= beta)
666         {
667             // Do not return unproven mate scores
668             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
669                 nullValue = beta;
670
671             if (depth < 12 * ONE_PLY)
672                 return nullValue;
673
674             // Do verification search at high depths
675             ss->skipNullMove = true;
676             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
677             ss->skipNullMove = false;
678
679             if (v >= beta)
680                 return nullValue;
681         }
682         else
683         {
684             // The null move failed low, which means that we may be faced with
685             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
686             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
687             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
688             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
689             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
690             threatMove = (ss+1)->currentMove;
691
692             if (   depth < 5 * ONE_PLY
693                 && (ss-1)->reduction
694                 && threatMove != MOVE_NONE
695                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
696                 return alpha;
697         }
698     }
699
700     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
701     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
702     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
703     // prune the previous move.
704     if (   !PvNode
705         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
706         && !ss->skipNullMove
707         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
708     {
709         Value rbeta = beta + 200;
710         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
711
712         assert(rdepth >= ONE_PLY);
713         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
714         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
715
716         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
717         CheckInfo ci(pos);
718
719         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
720             if (pos.legal(move, ci.pinned))
721             {
722                 ss->currentMove = move;
723                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
724                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
725                 pos.undo_move(move);
726                 if (value >= rbeta)
727                     return value;
728             }
729     }
730
731     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
732     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
733         && ttMove == MOVE_NONE
734         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
735     {
736         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
737
738         ss->skipNullMove = true;
739         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
740         ss->skipNullMove = false;
741
742         tte = TT.probe(posKey);
743         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
744     }
745
746 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
747
748     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
749     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
750                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
751
752     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
753     CheckInfo ci(pos);
754     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
755     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
756                || ss->staticEval == VALUE_NONE
757                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
758
759     singularExtensionNode =   !RootNode
760                            && !SpNode
761                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
762                            &&  ttMove != MOVE_NONE
763                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
764                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
765                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
766
767     // Step 11. Loop through moves
768     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
769     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
770     {
771       assert(is_ok(move));
772
773       if (move == excludedMove)
774           continue;
775
776       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
777       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
778       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
779       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
780           continue;
781
782       if (SpNode)
783       {
784           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
785           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
786               continue;
787
788           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
789           splitPoint->mutex.unlock();
790       }
791       else
792           ++moveCount;
793
794       if (RootNode)
795       {
796           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
797
798           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
799               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
800                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
801                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
802       }
803
804       ext = DEPTH_ZERO;
805       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
806       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
807       dangerous =   givesCheck
808                  || pos.passed_pawn_push(move)
809                  || type_of(move) == CASTLE;
810
811       // Step 12. Extend checks
812       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
813           ext = ONE_PLY;
814
815       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
816       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
817       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
818       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
819       // a margin then we extend ttMove.
820       if (    singularExtensionNode
821           &&  move == ttMove
822           && !ext
823           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
824           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
825       {
826           assert(ttValue != VALUE_NONE);
827
828           Value rBeta = ttValue - int(depth);
829           ss->excludedMove = move;
830           ss->skipNullMove = true;
831           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
832           ss->skipNullMove = false;
833           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
834
835           if (value < rBeta)
836               ext = ONE_PLY;
837       }
838
839       // Update current move (this must be done after singular extension search)
840       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
841
842       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
843       if (   !PvNode
844           && !captureOrPromotion
845           && !inCheck
846           && !dangerous
847        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
848           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
849       {
850           // Move count based pruning
851           if (   depth < 16 * ONE_PLY
852               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
853               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
854           {
855               if (SpNode)
856                   splitPoint->mutex.lock();
857
858               continue;
859           }
860
861           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
862
863           // Futility pruning: parent node
864           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
865           {
866               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
867                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
868
869               if (futilityValue <= alpha)
870               {
871                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
872
873                   if (SpNode)
874                   {
875                       splitPoint->mutex.lock();
876                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
877                           splitPoint->bestValue = bestValue;
878                   }
879                   continue;
880               }
881           }
882
883           // Prune moves with negative SEE at low depths
884           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
885           {
886               if (SpNode)
887                   splitPoint->mutex.lock();
888
889               continue;
890           }
891
892       }
893
894       // Check for legality only before to do the move
895       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
896       {
897           moveCount--;
898           continue;
899       }
900
901       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
902       ss->currentMove = move;
903
904       // Step 14. Make the move
905       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
906
907       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
908       // re-searched at full depth.
909       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
910           && !pvMove
911           && !captureOrPromotion
912           &&  move != ttMove
913           &&  move != ss->killers[0]
914           &&  move != ss->killers[1])
915       {
916           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
917
918           if (!PvNode && cutNode)
919               ss->reduction += ONE_PLY;
920
921           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
922               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
923
924           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
925               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
926
927           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
928           if (SpNode)
929               alpha = splitPoint->alpha;
930
931           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
932
933           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
934           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
935       }
936       else
937           doFullDepthSearch = !pvMove;
938
939       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
940       if (doFullDepthSearch)
941       {
942           if (SpNode)
943               alpha = splitPoint->alpha;
944
945           value = newDepth < ONE_PLY ?
946                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
948                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
949       }
950
951       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
952       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
953       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
954       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
955           value = newDepth < ONE_PLY ?
956                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
959       // Step 17. Undo move
960       pos.undo_move(move);
961
962       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
963
964       // Step 18. Check for new best move
965       if (SpNode)
966       {
967           splitPoint->mutex.lock();
968           bestValue = splitPoint->bestValue;
969           alpha = splitPoint->alpha;
970       }
971
972       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
973       // was aborted because the user interrupted the search or because we
974       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
975       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
976       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
977           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
978
979       if (RootNode)
980       {
981           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
982
983           // PV move or new best move ?
984           if (pvMove || value > alpha)
985           {
986               rm.score = value;
987               rm.extract_pv_from_tt(pos);
988
989               // We record how often the best move has been changed in each
990               // iteration. This information is used for time management: When
991               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
992               if (!pvMove)
993                   ++BestMoveChanges;
994           }
995           else
996               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
997               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
998               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
999               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1000       }
1001
1002       if (value > bestValue)
1003       {
1004           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1005
1006           if (value > alpha)
1007           {
1008               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1009
1010               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1011                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1012               else
1013               {
1014                   assert(value >= beta); // Fail high
1015
1016                   if (SpNode)
1017                       splitPoint->cutoff = true;
1018
1019                   break;
1020               }
1021           }
1022       }
1023
1024       // Step 19. Check for splitting the search
1025       if (   !SpNode
1026           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1027           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1028           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1029       {
1030           assert(bestValue < beta);
1031
1032           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1033                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1034           if (bestValue >= beta)
1035               break;
1036       }
1037     }
1038
1039     if (SpNode)
1040         return bestValue;
1041
1042     // Step 20. Check for mate and stalemate
1043     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1044     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1045     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1046     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1047     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1048     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1049     if (!moveCount)
1050         return  excludedMove ? alpha
1051               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1052
1053     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1054     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1055         bestValue = alpha;
1056
1057     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1058              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1059              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1060              depth, bestMove, ss->staticEval);
1061
1062     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1063     if (    bestValue >= beta
1064         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1065         && !inCheck)
1066     {
1067         if (ss->killers[0] != bestMove)
1068         {
1069             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1070             ss->killers[0] = bestMove;
1071         }
1072
1073         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1074         // played non-capture moves.
1075         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1076         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1077
1078         if (bestMove != ttMove)
1079             for (const ExtMove* em = mp.stage_moves(); em->move != bestMove; ++em)
1080                 History.update(pos.moved_piece(em->move), to_sq(em->move), -bonus);
1081
1082         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1083             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1084     }
1085
1086     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1087
1088     return bestValue;
1089   }
1090
1091
1092   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1093   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1094   // less than ONE_PLY).
1095
1096   template <NodeType NT, bool InCheck>
1097   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1098
1099     const bool PvNode = (NT == PV);
1100
1101     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1102     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1103     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1104     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1105     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1106
1107     StateInfo st;
1108     const TTEntry* tte;
1109     Key posKey;
1110     Move ttMove, move, bestMove;
1111     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1112     bool givesCheck, evasionPrunable;
1113     Depth ttDepth;
1114
1115     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1116     if (PvNode)
1117         oldAlpha = alpha;
1118
1119     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1120     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1121
1122     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1123     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1124         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1125
1126     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1127     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1128     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1129     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1130                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1131
1132     // Transposition table lookup
1133     posKey = pos.key();
1134     tte = TT.probe(posKey);
1135     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1136     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1137
1138     if (   tte
1139         && tte->depth() >= ttDepth
1140         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1141         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1142             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1143                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1144     {
1145         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1146         return ttValue;
1147     }
1148
1149     // Evaluate the position statically
1150     if (InCheck)
1151     {
1152         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1153         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1154     }
1155     else
1156     {
1157         if (tte)
1158         {
1159             // Never assume anything on values stored in TT
1160             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1161                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1162
1163             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1164             if (ttValue != VALUE_NONE)
1165                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1166                     bestValue = ttValue;
1167         }
1168         else
1169             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1170
1171         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1172         if (bestValue >= beta)
1173         {
1174             if (!tte)
1175                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1176                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1177
1178             return bestValue;
1179         }
1180
1181         if (PvNode && bestValue > alpha)
1182             alpha = bestValue;
1183
1184         futilityBase = bestValue + Value(128);
1185     }
1186
1187     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1188     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1189     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1190     // be generated.
1191     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1192     CheckInfo ci(pos);
1193
1194     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1195     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1196     {
1197       assert(is_ok(move));
1198
1199       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1200
1201       // Futility pruning
1202       if (   !PvNode
1203           && !InCheck
1204           && !givesCheck
1205           &&  move != ttMove
1206           &&  type_of(move) != PROMOTION
1207           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1208           && !pos.passed_pawn_push(move))
1209       {
1210           futilityValue =  futilityBase
1211                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1212                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1213
1214           if (futilityValue < beta)
1215           {
1216               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1217               continue;
1218           }
1219
1220           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1221           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1222           if (   futilityBase < beta
1223               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1224           {
1225               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1226               continue;
1227           }
1228       }
1229
1230       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1231       evasionPrunable =    InCheck
1232                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1233                        && !pos.capture(move)
1234                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1235
1236       // Don't search moves with negative SEE values
1237       if (   !PvNode
1238           && (!InCheck || evasionPrunable)
1239           &&  move != ttMove
1240           &&  type_of(move) != PROMOTION
1241           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1242           continue;
1243
1244       // Check for legality only before to do the move
1245       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1246           continue;
1247
1248       ss->currentMove = move;
1249
1250       // Make and search the move
1251       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1252       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1253                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1254       pos.undo_move(move);
1255
1256       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1257
1258       // Check for new best move
1259       if (value > bestValue)
1260       {
1261           bestValue = value;
1262
1263           if (value > alpha)
1264           {
1265               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1266               {
1267                   alpha = value;
1268                   bestMove = move;
1269               }
1270               else // Fail high
1271               {
1272                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1273                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1274
1275                   return value;
1276               }
1277           }
1278        }
1279     }
1280
1281     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1282     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1283     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1284         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1285
1286     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1287              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1288              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1289
1290     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1291
1292     return bestValue;
1293   }
1294
1295
1296   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1297   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1298   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1299
1300   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1301
1302     assert(v != VALUE_NONE);
1303
1304     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1305           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1306   }
1307
1308
1309   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1310   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1311   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1312
1313   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1314
1315     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1316           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1317           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1318   }
1319
1320
1321   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1322   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1323   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1324   // from a null search that fails low).
1325
1326   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1327
1328     assert(is_ok(first));
1329     assert(is_ok(second));
1330     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1331     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1332
1333     Square m1from = from_sq(first);
1334     Square m2from = from_sq(second);
1335     Square m1to = to_sq(first);
1336     Square m2to = to_sq(second);
1337
1338     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1339     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1340     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1341     if (    m2to == m1from
1342         || (m1to == m2from && !aligned(m1from, m2from, m2to)))
1343         return true;
1344
1345     // Second one moves through the square vacated by first one
1346     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1347       return true;
1348
1349     // Second's destination is defended by the first move's piece
1350     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1351     if (m1att & m2to)
1352         return true;
1353
1354     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1355     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1356     {
1357         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1358         return true;
1359     }
1360
1361     return false;
1362   }
1363
1364
1365   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1366   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1367   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1368
1369   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1370
1371     assert(is_ok(first));
1372     assert(is_ok(second));
1373
1374     Square m1from = from_sq(first);
1375     Square m2from = from_sq(second);
1376     Square m1to = to_sq(first);
1377     Square m2to = to_sq(second);
1378
1379     // Don't prune moves of the threatened piece
1380     if (m1from == m2to)
1381         return true;
1382
1383     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1384     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1385     if (    pos.capture(second)
1386         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1387             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1388     {
1389         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1390         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1391         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1392
1393         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1394         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1395             return true;
1396
1397         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1398         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1399                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1400
1401         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1402         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1403             return true;
1404     }
1405
1406     // Don't prune safe moves which block the threat path
1407     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1408         return true;
1409
1410     return false;
1411   }
1412
1413
1414   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1415   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1416
1417   Move Skill::pick_move() {
1418
1419     static RKISS rk;
1420
1421     // PRNG sequence should be not deterministic
1422     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1423         rk.rand<unsigned>();
1424
1425     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1426     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1427     int weakness = 120 - 2 * level;
1428     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1429     best = MOVE_NONE;
1430
1431     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1432     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1433     // then we choose the move with the resulting highest score.
1434     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1435     {
1436         int s = RootMoves[i].score;
1437
1438         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1439         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1440             break;
1441
1442         // This is our magic formula
1443         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1444               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1445
1446         if (s > max_s)
1447         {
1448             max_s = s;
1449             best = RootMoves[i].pv[0];
1450         }
1451     }
1452     return best;
1453   }
1454
1455
1456   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1457   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1458   // the previous search score.
1459
1460   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1461
1462     std::stringstream s;
1463     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1464     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1465     int selDepth = 0;
1466
1467     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1468         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1469             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1470
1471     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1472     {
1473         bool updated = (i <= PVIdx);
1474
1475         if (depth == 1 && !updated)
1476             continue;
1477
1478         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1479         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1480
1481         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1482             s << "\n";
1483
1484         s << "info depth " << d
1485           << " seldepth "  << selDepth
1486           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1487           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1488           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1489           << " time "      << elapsed
1490           << " multipv "   << i + 1
1491           << " pv";
1492
1493         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1494             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1495     }
1496
1497     return s.str();
1498   }
1499
1500 } // namespace
1501
1502
1503 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1504 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1505 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1506 /// long PV to print that is important for position analysis.
1507
1508 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1509
1510   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1511   const TTEntry* tte;
1512   int ply = 0;
1513   Move m = pv[0];
1514
1515   pv.clear();
1516
1517   do {
1518       pv.push_back(m);
1519
1520       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1521
1522       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1523       tte = TT.probe(pos.key());
1524
1525   } while (   tte
1526            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1527            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1528            && ply < MAX_PLY
1529            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1530
1531   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1532
1533   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1534 }
1535
1536
1537 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1538 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1539 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1540
1541 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1542
1543   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1544   const TTEntry* tte;
1545   int ply = 0;
1546
1547   do {
1548       tte = TT.probe(pos.key());
1549
1550       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1551           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1552
1553       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1554
1555       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1556
1557   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1558
1559   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1560 }
1561
1562
1563 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1564
1565 void Thread::idle_loop() {
1566
1567   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1568   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1569   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1570
1571   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1572
1573   while (true)
1574   {
1575       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1576       // wasting CPU time polling for work.
1577       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1578       {
1579           if (exit)
1580           {
1581               assert(!this_sp);
1582               return;
1583           }
1584
1585           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1586           mutex.lock();
1587
1588           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1589           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1590           {
1591               mutex.unlock();
1592               break;
1593           }
1594
1595           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1596           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1597           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1598           // we had the chance to grab the lock.
1599           if (!searching && !exit)
1600               sleepCondition.wait(mutex);
1601
1602           mutex.unlock();
1603       }
1604
1605       // If this thread has been assigned work, launch a search
1606       if (searching)
1607       {
1608           assert(!exit);
1609
1610           Threads.mutex.lock();
1611
1612           assert(searching);
1613           assert(activeSplitPoint);
1614           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1615
1616           Threads.mutex.unlock();
1617
1618           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1619           Position pos(*sp->pos, this);
1620
1621           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1622           ss->splitPoint = sp;
1623
1624           sp->mutex.lock();
1625
1626           assert(activePosition == NULL);
1627
1628           activePosition = &pos;
1629
1630           switch (sp->nodeType) {
1631           case Root:
1632               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1633               break;
1634           case PV:
1635               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1636               break;
1637           case NonPV:
1638               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1639               break;
1640           default:
1641               assert(false);
1642           }
1643
1644           assert(searching);
1645
1646           searching = false;
1647           activePosition = NULL;
1648           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1649           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1650
1651           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1652           // in case we are the last slave of the split point.
1653           if (    Threads.sleepWhileIdle
1654               &&  this != sp->masterThread
1655               && !sp->slavesMask)
1656           {
1657               assert(!sp->masterThread->searching);
1658               sp->masterThread->notify_one();
1659           }
1660
1661           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1662           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1663           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1664           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1665           sp->mutex.unlock();
1666       }
1667
1668       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1669       // their work at this split point, return from the idle loop.
1670       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1671       {
1672           this_sp->mutex.lock();
1673           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1674           this_sp->mutex.unlock();
1675           if (finished)
1676               return;
1677       }
1678   }
1679 }
1680
1681
1682 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1683 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1684 /// available time and so stop the search.
1685
1686 void check_time() {
1687
1688   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1689   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1690
1691   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1692   {
1693       lastInfoTime = Time::now();
1694       dbg_print();
1695   }
1696
1697   if (Limits.ponder)
1698       return;
1699
1700   if (Limits.nodes)
1701   {
1702       Threads.mutex.lock();
1703
1704       nodes = RootPos.nodes_searched();
1705
1706       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1707       // all the currently active positions nodes.
1708       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1709           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1710           {
1711               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1712
1713               sp.mutex.lock();
1714
1715               nodes += sp.nodes;
1716               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1717               while (sm)
1718               {
1719                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1720                   if (pos)
1721                       nodes += pos->nodes_searched();
1722               }
1723
1724               sp.mutex.unlock();
1725           }
1726
1727       Threads.mutex.unlock();
1728   }
1729
1730   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1731   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1732                          && !Signals.failedLowAtRoot
1733                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1734
1735   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1736                    || stillAtFirstMove;
1737
1738   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1739       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1740       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1741       Signals.stop = true;
1742 }