Drop 'is' prefix from query functions
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   float BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140
141       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
142       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
143
144       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
145           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
146   }
147
148   // Init futility margins array
149   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
150       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
151
152   // Init futility move count array
153   for (d = 0; d < 32; d++)
154   {
155       FutilityMoveCounts[0][d] = int(3 + 0.3 * pow(double(d       ), 1.8)) * 3/4 + (2 < d && d < 5);
156       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3 + 0.3 * pow(double(d + 0.98), 1.8));
157   }
158 }
159
160
161 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
162 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
163
164 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166   StateInfo st;
167   size_t cnt = 0;
168   CheckInfo ci(pos);
169   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
170
171   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
172   {
173       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
174       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
175       pos.undo_move(*it);
176   }
177   return cnt;
178 }
179
180 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
181   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
182 }
183
184 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
185 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
186 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
187
188 void Search::think() {
189
190   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
191
192   RootColor = RootPos.side_to_move();
193   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
194
195   if (RootMoves.empty())
196   {
197       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
198       sync_cout << "info depth 0 score "
199                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
200                 << sync_endl;
201
202       goto finalize;
203   }
204
205   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
206   {
207       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
208
209       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
210       {
211           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
212           goto finalize;
213       }
214   }
215
216   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
217   {
218       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
219       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
220       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
221       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
222   }
223   else
224       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
225
226   if (Options["Write Search Log"])
227   {
228       Log log(Options["Search Log Filename"]);
229       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
230           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
231           << " ponder: "      << Limits.ponder
232           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
233           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
234           << " moves to go: " << Limits.movestogo
235           << std::endl;
236   }
237
238   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
239   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
240       Threads[i]->maxPly = 0;
241
242   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
243
244   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
245   // used to check for remaining available thinking time.
246   Threads.timer->msec =
247   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
248                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
249                                : 100;
250
251   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
252
253   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
254
255   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
256   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
257
258   if (Options["Write Search Log"])
259   {
260       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
261
262       Log log(Options["Search Log Filename"]);
263       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
264           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
265           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
266
267       StateInfo st;
268       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
269       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
270       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
271   }
272
273 finalize:
274
275   // When search is stopped this info is not printed
276   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
277             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
278
279   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
280   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
281   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
282   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
283   // raise Signals.stop).
284   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
285   {
286       Signals.stopOnPonderhit = true;
287       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
288   }
289
290   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
291   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
292             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
293             << sync_endl;
294 }
295
296
297 namespace {
298
299   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
300   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
301   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
302
303   void id_loop(Position& pos) {
304
305     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
306     int depth;
307     Value bestValue, alpha, beta, delta;
308
309     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
310     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
311
312     depth = 0;
313     BestMoveChanges = 0;
314     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
315     beta = VALUE_INFINITE;
316
317     TT.new_search();
318     History.clear();
319     Gains.clear();
320     Countermoves.clear();
321
322     PVSize = Options["MultiPV"];
323     Skill skill(Options["Skill Level"]);
324
325     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
326     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
327     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
328         PVSize = 4;
329
330     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
331
332     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
333     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
334     {
335         // Age out PV variability metric
336         BestMoveChanges *= 0.8f;
337
338         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
339         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
340         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
341             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
342
343         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
344         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
345         {
346             // Reset aspiration window starting size
347             if (depth >= 5)
348             {
349                 delta = Value(16);
350                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
351                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
352             }
353
354             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
355             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
356             while (true)
357             {
358                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
359
360                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
361                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
362                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
363                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
364                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
365                 // the already searched PV lines are preserved.
366                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
367
368                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
369                 // entries have been overwritten during the search.
370                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
371                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
372
373                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
374                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
375                 // valid, although refers to previous iteration.
376                 if (Signals.stop)
377                     return;
378
379                 // When failing high/low give some update (without cluttering
380                 // the UI) before to research.
381                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
382                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
383                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
384
385                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
386                 // research, otherwise exit the loop.
387                 if (bestValue <= alpha)
388                 {
389                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
390
391                     Signals.failedLowAtRoot = true;
392                     Signals.stopOnPonderhit = false;
393                 }
394                 else if (bestValue >= beta)
395                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
396
397                 else
398                     break;
399
400                 delta += delta / 2;
401
402                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
403             }
404
405             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
406             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
407
408             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
409                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
410         }
411
412         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
413         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
414             skill.pick_move();
415
416         if (Options["Write Search Log"])
417         {
418             RootMove& rm = RootMoves[0];
419             if (skill.best != MOVE_NONE)
420                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
421
422             Log log(Options["Search Log Filename"]);
423             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
424                 << std::endl;
425         }
426
427         // Do we have found a "mate in x"?
428         if (   Limits.mate
429             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
430             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
431             Signals.stop = true;
432
433         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
434         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
435         {
436             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
437
438             // Take in account some extra time if the best move has changed
439             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
440                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
441
442             // Stop search if most of available time is already consumed. We
443             // probably don't have enough time to search the first move at the
444             // next iteration anyway.
445             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
446                 stop = true;
447
448             // Stop search early if one move seems to be much better than others
449             if (    depth >= 12
450                 && !stop
451                 &&  PVSize == 1
452                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
453                 && (   RootMoves.size() == 1
454                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
455             {
456                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
457                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
458                 ss->skipNullMove = true;
459                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
460                 ss->skipNullMove = false;
461                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
462
463                 if (v < rBeta)
464                     stop = true;
465             }
466
467             if (stop)
468             {
469                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
470                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
471                 if (Limits.ponder)
472                     Signals.stopOnPonderhit = true;
473                 else
474                     Signals.stop = true;
475             }
476         }
477     }
478   }
479
480
481   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
482   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
483   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
484   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
485   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
486   // here: This is taken care of after we return from the split point.
487
488   template <NodeType NT>
489   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
490
491     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
492     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
493     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
494
495     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
496     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
497     assert(depth > DEPTH_ZERO);
498
499     Move quietsSearched[64];
500     StateInfo st;
501     const TTEntry *tte;
502     SplitPoint* splitPoint;
503     Key posKey;
504     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
505     Depth ext, newDepth;
506     Value bestValue, value, ttValue;
507     Value eval, nullValue, futilityValue;
508     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
509     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
510     int moveCount, quietCount;
511
512     // Step 1. Initialize node
513     Thread* thisThread = pos.this_thread();
514     inCheck = pos.checkers();
515
516     if (SpNode)
517     {
518         splitPoint = ss->splitPoint;
519         bestMove   = splitPoint->bestMove;
520         threatMove = splitPoint->threatMove;
521         bestValue  = splitPoint->bestValue;
522         tte = NULL;
523         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
524         ttValue = VALUE_NONE;
525
526         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
527
528         goto moves_loop;
529     }
530
531     moveCount = quietCount = 0;
532     bestValue = -VALUE_INFINITE;
533     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
534     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
535     ss->futilityMoveCount = 0;
536     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
537     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
538
539     // Used to send selDepth info to GUI
540     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
541         thisThread->maxPly = ss->ply;
542
543     if (!RootNode)
544     {
545         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
546         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
547             return DrawValue[pos.side_to_move()];
548
549         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
550         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
551         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
552         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
553         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
554         // in this case return a fail-high score.
555         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
556         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
557         if (alpha >= beta)
558             return alpha;
559     }
560
561     // Step 4. Transposition table lookup
562     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
563     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
564     excludedMove = ss->excludedMove;
565     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
566     tte = TT.probe(posKey);
567     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
568     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
569
570     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
571     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
572     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
573     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
574     if (   !RootNode
575         && tte
576         && tte->depth() >= depth
577         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
578         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
579             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
580                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
581     {
582         TT.refresh(tte);
583         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
584
585         if (    ttValue >= beta
586             &&  ttMove
587             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
588             &&  ttMove != ss->killers[0])
589         {
590             ss->killers[1] = ss->killers[0];
591             ss->killers[0] = ttMove;
592         }
593         return ttValue;
594     }
595
596     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
597     if (inCheck)
598     {
599         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
600         goto moves_loop;
601     }
602
603     else if (tte)
604     {
605         // Never assume anything on values stored in TT
606         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
607             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
608             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
609
610         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
611         if (ttValue != VALUE_NONE)
612             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
613                 eval = ttValue;
614     }
615     else
616     {
617         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
618         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
619                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
620     }
621
622     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
623     // evaluation before and after the move.
624     if (   !pos.captured_piece_type()
625         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
626         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
627         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
628         &&  type_of(move) == NORMAL)
629     {
630         Square to = to_sq(move);
631         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
632     }
633
634     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
635     if (   !PvNode
636         &&  depth < 4 * ONE_PLY
637         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
638         &&  ttMove == MOVE_NONE
639         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
640         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
641     {
642         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
643         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
644         if (v < rbeta)
645             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
646             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
647             return v;
648     }
649
650     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
651     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
652     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth < 4 * ONE_PLY
656         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
657         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
658         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
659         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
661
662     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
663     if (   !PvNode
664         && !ss->skipNullMove
665         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
666         &&  eval >= beta
667         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
668         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
669     {
670         ss->currentMove = MOVE_NULL;
671
672         // Null move dynamic reduction based on depth
673         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
674
675         // Null move dynamic reduction based on value
676         if (eval - PawnValueMg > beta)
677             R += ONE_PLY;
678
679         pos.do_null_move(st);
680         (ss+1)->skipNullMove = true;
681         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
682                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
683         (ss+1)->skipNullMove = false;
684         pos.undo_null_move();
685
686         if (nullValue >= beta)
687         {
688             // Do not return unproven mate scores
689             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
690                 nullValue = beta;
691
692             if (depth < 12 * ONE_PLY)
693                 return nullValue;
694
695             // Do verification search at high depths
696             ss->skipNullMove = true;
697             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
698             ss->skipNullMove = false;
699
700             if (v >= beta)
701                 return nullValue;
702         }
703         else
704         {
705             // The null move failed low, which means that we may be faced with
706             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
707             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
708             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
709             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
710             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
711             threatMove = (ss+1)->currentMove;
712
713             if (   depth < 5 * ONE_PLY
714                 && (ss-1)->reduction
715                 && threatMove != MOVE_NONE
716                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
717                 return alpha;
718         }
719     }
720
721     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
722     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
723     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
724     // prune the previous move.
725     if (   !PvNode
726         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
727         && !ss->skipNullMove
728         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
729     {
730         Value rbeta = beta + 200;
731         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
732
733         assert(rdepth >= ONE_PLY);
734         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
735         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
736
737         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
738         CheckInfo ci(pos);
739
740         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
741             if (pos.legal(move, ci.pinned))
742             {
743                 ss->currentMove = move;
744                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
745                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
746                 pos.undo_move(move);
747                 if (value >= rbeta)
748                     return value;
749             }
750     }
751
752     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
753     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
754         && ttMove == MOVE_NONE
755         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
756     {
757         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
758
759         ss->skipNullMove = true;
760         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
761         ss->skipNullMove = false;
762
763         tte = TT.probe(posKey);
764         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
765     }
766
767 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
768
769     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
770     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
771                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
772
773     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
774     CheckInfo ci(pos);
775     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
776     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
777                || ss->staticEval == VALUE_NONE
778                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
779
780     singularExtensionNode =   !RootNode
781                            && !SpNode
782                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
783                            &&  ttMove != MOVE_NONE
784                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
785                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
786                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
787
788     // Step 11. Loop through moves
789     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
790     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
791     {
792       assert(is_ok(move));
793
794       if (move == excludedMove)
795           continue;
796
797       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
798       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
799       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
800       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
801           continue;
802
803       if (SpNode)
804       {
805           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
806           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
807               continue;
808
809           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
810           splitPoint->mutex.unlock();
811       }
812       else
813           moveCount++;
814
815       if (RootNode)
816       {
817           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
818
819           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
820               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
821                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
822                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
823       }
824
825       ext = DEPTH_ZERO;
826       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
827       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
828       dangerous =   givesCheck
829                  || pos.passed_pawn_push(move)
830                  || type_of(move) == CASTLE;
831
832       // Step 12. Extend checks
833       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
834           ext = ONE_PLY;
835
836       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
837       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
838       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
839       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
840       // a margin then we extend ttMove.
841       if (    singularExtensionNode
842           &&  move == ttMove
843           && !ext
844           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
845           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
846       {
847           assert(ttValue != VALUE_NONE);
848
849           Value rBeta = ttValue - int(depth);
850           ss->excludedMove = move;
851           ss->skipNullMove = true;
852           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
853           ss->skipNullMove = false;
854           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
855
856           if (value < rBeta)
857               ext = ONE_PLY;
858       }
859
860       // Update current move (this must be done after singular extension search)
861       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
862
863       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
864       if (   !PvNode
865           && !captureOrPromotion
866           && !inCheck
867           && !dangerous
868        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
869           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
870       {
871           // Move count based pruning
872           if (   depth < 16 * ONE_PLY
873               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
874               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
875           {
876               if (SpNode)
877                   splitPoint->mutex.lock();
878
879               continue;
880           }
881
882           // Value based pruning
883           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
884           // but fixing this made program slightly weaker.
885           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
886           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
887                          + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
888
889           if (futilityValue < beta)
890           {
891               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
892
893               if (SpNode)
894               {
895                   splitPoint->mutex.lock();
896                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
897                       splitPoint->bestValue = bestValue;
898               }
899               continue;
900           }
901
902           // Prune moves with negative SEE at low depths
903           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
904               && pos.see_sign(move) < 0)
905           {
906               if (SpNode)
907                   splitPoint->mutex.lock();
908
909               continue;
910           }
911
912           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
913           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
914           ss->futilityMoveCount = moveCount;
915       }
916       else
917           ss->futilityMoveCount = 0;
918
919       // Check for legality only before to do the move
920       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
921       {
922           moveCount--;
923           continue;
924       }
925
926       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
927       ss->currentMove = move;
928       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
929           quietsSearched[quietCount++] = move;
930
931       // Step 14. Make the move
932       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
933
934       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
935       // re-searched at full depth.
936       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
937           && !pvMove
938           && !captureOrPromotion
939           &&  move != ttMove
940           &&  move != ss->killers[0]
941           &&  move != ss->killers[1])
942       {
943           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
944
945           if (!PvNode && cutNode)
946               ss->reduction += ONE_PLY;
947
948           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
949               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
950
951           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
952               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
953
954           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
955           if (SpNode)
956               alpha = splitPoint->alpha;
957
958           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
959
960           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
961           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
962       }
963       else
964           doFullDepthSearch = !pvMove;
965
966       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
967       if (doFullDepthSearch)
968       {
969           if (SpNode)
970               alpha = splitPoint->alpha;
971
972           value = newDepth < ONE_PLY ?
973                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
976       }
977
978       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
979       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
980       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
981       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
982           value = newDepth < ONE_PLY ?
983                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
984                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
985                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
986       // Step 17. Undo move
987       pos.undo_move(move);
988
989       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
990
991       // Step 18. Check for new best move
992       if (SpNode)
993       {
994           splitPoint->mutex.lock();
995           bestValue = splitPoint->bestValue;
996           alpha = splitPoint->alpha;
997       }
998
999       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1000       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1001       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1002       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1003       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1004           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1005
1006       if (RootNode)
1007       {
1008           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move ?
1011           if (pvMove || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1015
1016               // We record how often the best move has been changed in each
1017               // iteration. This information is used for time management: When
1018               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1019               if (!pvMove)
1020                   BestMoveChanges++;
1021           }
1022           else
1023               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1024               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1025               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1026               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1027       }
1028
1029       if (value > bestValue)
1030       {
1031           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1032
1033           if (value > alpha)
1034           {
1035               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1036
1037               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1038                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1039               else
1040               {
1041                   assert(value >= beta); // Fail high
1042
1043                   if (SpNode)
1044                       splitPoint->cutoff = true;
1045
1046                   break;
1047               }
1048           }
1049       }
1050
1051       // Step 19. Check for splitting the search
1052       if (   !SpNode
1053           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1054           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1055           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1056       {
1057           assert(bestValue < beta);
1058
1059           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1060                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1061           if (bestValue >= beta)
1062               break;
1063       }
1064     }
1065
1066     if (SpNode)
1067         return bestValue;
1068
1069     // Step 20. Check for mate and stalemate
1070     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1071     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1072     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1073     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1074     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1075     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1076     if (!moveCount)
1077         return  excludedMove ? alpha
1078               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1079
1080     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1081     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1082         bestValue = alpha;
1083
1084     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1085              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1086              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1087              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1088
1089     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1090     if (    bestValue >= beta
1091         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1092         && !inCheck)
1093     {
1094         if (ss->killers[0] != bestMove)
1095         {
1096             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1097             ss->killers[0] = bestMove;
1098         }
1099
1100         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1101         // played non-capture moves.
1102         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1103         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1104         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1105         {
1106             Move m = quietsSearched[i];
1107             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1108         }
1109
1110         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1111             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1112     }
1113
1114     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1115
1116     return bestValue;
1117   }
1118
1119
1120   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1121   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1122   // less than ONE_PLY).
1123
1124   template <NodeType NT, bool InCheck>
1125   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1126
1127     const bool PvNode = (NT == PV);
1128
1129     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1130     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1131     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1132     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1133     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1134
1135     StateInfo st;
1136     const TTEntry* tte;
1137     Key posKey;
1138     Move ttMove, move, bestMove;
1139     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1140     bool givesCheck, evasionPrunable;
1141     Depth ttDepth;
1142
1143     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1144     if (PvNode)
1145         oldAlpha = alpha;
1146
1147     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1148     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1149
1150     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1151     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1152         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1153
1154     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1155     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1156     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1157     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1158                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1159
1160     // Transposition table lookup
1161     posKey = pos.key();
1162     tte = TT.probe(posKey);
1163     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1164     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1165
1166     if (   tte
1167         && tte->depth() >= ttDepth
1168         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1169         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1170             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1171                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1172     {
1173         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1174         return ttValue;
1175     }
1176
1177     // Evaluate the position statically
1178     if (InCheck)
1179     {
1180         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1181         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1182     }
1183     else
1184     {
1185         if (tte)
1186         {
1187             // Never assume anything on values stored in TT
1188             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1189                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1190                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1191         }
1192         else
1193             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1194
1195         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1196         if (bestValue >= beta)
1197         {
1198             if (!tte)
1199                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1200                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1201
1202             return bestValue;
1203         }
1204
1205         if (PvNode && bestValue > alpha)
1206             alpha = bestValue;
1207
1208         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1209     }
1210
1211     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1212     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1213     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1214     // be generated.
1215     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1216     CheckInfo ci(pos);
1217
1218     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1219     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1220     {
1221       assert(is_ok(move));
1222
1223       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1224
1225       // Futility pruning
1226       if (   !PvNode
1227           && !InCheck
1228           && !givesCheck
1229           &&  move != ttMove
1230           &&  type_of(move) != PROMOTION
1231           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1232           && !pos.passed_pawn_push(move))
1233       {
1234           futilityValue =  futilityBase
1235                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1236                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1237
1238           if (futilityValue < beta)
1239           {
1240               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1241               continue;
1242           }
1243
1244           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1245           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1246           if (   futilityBase < beta
1247               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1248           {
1249               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1250               continue;
1251           }
1252       }
1253
1254       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1255       evasionPrunable =    InCheck
1256                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1257                        && !pos.capture(move)
1258                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1259
1260       // Don't search moves with negative SEE values
1261       if (   !PvNode
1262           && (!InCheck || evasionPrunable)
1263           &&  move != ttMove
1264           &&  type_of(move) != PROMOTION
1265           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1266           continue;
1267
1268       // Check for legality only before to do the move
1269       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1270           continue;
1271
1272       ss->currentMove = move;
1273
1274       // Make and search the move
1275       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1276       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1277                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1278       pos.undo_move(move);
1279
1280       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1281
1282       // Check for new best move
1283       if (value > bestValue)
1284       {
1285           bestValue = value;
1286
1287           if (value > alpha)
1288           {
1289               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1290               {
1291                   alpha = value;
1292                   bestMove = move;
1293               }
1294               else // Fail high
1295               {
1296                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1297                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1298
1299                   return value;
1300               }
1301           }
1302        }
1303     }
1304
1305     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1306     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1307     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1308         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1309
1310     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1311              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1312              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1313
1314     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1315
1316     return bestValue;
1317   }
1318
1319
1320   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1321   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1322   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1323
1324   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1325
1326     assert(v != VALUE_NONE);
1327
1328     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1329           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1330   }
1331
1332
1333   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1334   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1335   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1336
1337   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1338
1339     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1340           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1341           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1342   }
1343
1344
1345   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1346   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1347   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1348   // from a null search that fails low).
1349
1350   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1351
1352     assert(is_ok(first));
1353     assert(is_ok(second));
1354     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1355     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1356
1357     Square m1from = from_sq(first);
1358     Square m2from = from_sq(second);
1359     Square m1to = to_sq(first);
1360     Square m2to = to_sq(second);
1361
1362     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1363     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1364     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1365     if (    m2to == m1from
1366         || (m1to == m2from && !squares_aligned(m1from, m2from, m2to)))
1367         return true;
1368
1369     // Second one moves through the square vacated by first one
1370     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1371       return true;
1372
1373     // Second's destination is defended by the first move's piece
1374     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1375     if (m1att & m2to)
1376         return true;
1377
1378     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1379     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1380     {
1381         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1382         return true;
1383     }
1384
1385     return false;
1386   }
1387
1388
1389   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1390   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1391   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1392
1393   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1394
1395     assert(is_ok(first));
1396     assert(is_ok(second));
1397
1398     Square m1from = from_sq(first);
1399     Square m2from = from_sq(second);
1400     Square m1to = to_sq(first);
1401     Square m2to = to_sq(second);
1402
1403     // Don't prune moves of the threatened piece
1404     if (m1from == m2to)
1405         return true;
1406
1407     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1408     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1409     if (    pos.capture(second)
1410         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1411             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1412     {
1413         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1414         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1415         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1416
1417         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1418         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1419             return true;
1420
1421         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1422         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1423                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1424
1425         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1426         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1427             return true;
1428     }
1429
1430     // Don't prune safe moves which block the threat path
1431     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1432         return true;
1433
1434     return false;
1435   }
1436
1437
1438   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1439   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1440
1441   Move Skill::pick_move() {
1442
1443     static RKISS rk;
1444
1445     // PRNG sequence should be not deterministic
1446     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1447         rk.rand<unsigned>();
1448
1449     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1450     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1451     int weakness = 120 - 2 * level;
1452     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1453     best = MOVE_NONE;
1454
1455     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1456     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1457     // then we choose the move with the resulting highest score.
1458     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1459     {
1460         int s = RootMoves[i].score;
1461
1462         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1463         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1464             break;
1465
1466         // This is our magic formula
1467         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1468               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1469
1470         if (s > max_s)
1471         {
1472             max_s = s;
1473             best = RootMoves[i].pv[0];
1474         }
1475     }
1476     return best;
1477   }
1478
1479
1480   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1481   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1482   // the previous search score.
1483
1484   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1485
1486     std::stringstream s;
1487     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1488     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1489     int selDepth = 0;
1490
1491     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1492         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1493             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1494
1495     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1496     {
1497         bool updated = (i <= PVIdx);
1498
1499         if (depth == 1 && !updated)
1500             continue;
1501
1502         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1503         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1504
1505         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1506             s << "\n";
1507
1508         s << "info depth " << d
1509           << " seldepth "  << selDepth
1510           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1511           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1512           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1513           << " time "      << elapsed
1514           << " multipv "   << i + 1
1515           << " pv";
1516
1517         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1518             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1519     }
1520
1521     return s.str();
1522   }
1523
1524 } // namespace
1525
1526
1527 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1528 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1529 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1530 /// long PV to print that is important for position analysis.
1531
1532 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1533
1534   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1535   const TTEntry* tte;
1536   int ply = 0;
1537   Move m = pv[0];
1538
1539   pv.clear();
1540
1541   do {
1542       pv.push_back(m);
1543
1544       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1545
1546       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1547       tte = TT.probe(pos.key());
1548
1549   } while (   tte
1550            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1551            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces())
1552            && ply < MAX_PLY
1553            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1554
1555   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1556
1557   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1558 }
1559
1560
1561 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1562 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1563 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1564
1565 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1566
1567   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1568   const TTEntry* tte;
1569   int ply = 0;
1570
1571   do {
1572       tte = TT.probe(pos.key());
1573
1574       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1575           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1576
1577       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1578
1579       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1580
1581   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1582
1583   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1584 }
1585
1586
1587 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1588
1589 void Thread::idle_loop() {
1590
1591   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1592   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1593   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1594
1595   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1596
1597   while (true)
1598   {
1599       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1600       // wasting CPU time polling for work.
1601       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1602       {
1603           if (exit)
1604           {
1605               assert(!this_sp);
1606               return;
1607           }
1608
1609           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1610           mutex.lock();
1611
1612           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1613           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1614           {
1615               mutex.unlock();
1616               break;
1617           }
1618
1619           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1620           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1621           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1622           // we had the chance to grab the lock.
1623           if (!searching && !exit)
1624               sleepCondition.wait(mutex);
1625
1626           mutex.unlock();
1627       }
1628
1629       // If this thread has been assigned work, launch a search
1630       if (searching)
1631       {
1632           assert(!exit);
1633
1634           Threads.mutex.lock();
1635
1636           assert(searching);
1637           assert(activeSplitPoint);
1638           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1639
1640           Threads.mutex.unlock();
1641
1642           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1643           Position pos(*sp->pos, this);
1644
1645           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1646           ss->splitPoint = sp;
1647
1648           sp->mutex.lock();
1649
1650           assert(activePosition == NULL);
1651
1652           activePosition = &pos;
1653
1654           switch (sp->nodeType) {
1655           case Root:
1656               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1657               break;
1658           case PV:
1659               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1660               break;
1661           case NonPV:
1662               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1663               break;
1664           default:
1665               assert(false);
1666           }
1667
1668           assert(searching);
1669
1670           searching = false;
1671           activePosition = NULL;
1672           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1673           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1674
1675           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1676           // in case we are the last slave of the split point.
1677           if (    Threads.sleepWhileIdle
1678               &&  this != sp->masterThread
1679               && !sp->slavesMask)
1680           {
1681               assert(!sp->masterThread->searching);
1682               sp->masterThread->notify_one();
1683           }
1684
1685           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1686           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1687           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1688           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1689           sp->mutex.unlock();
1690       }
1691
1692       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1693       // their work at this split point, return from the idle loop.
1694       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1695       {
1696           this_sp->mutex.lock();
1697           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1698           this_sp->mutex.unlock();
1699           if (finished)
1700               return;
1701       }
1702   }
1703 }
1704
1705
1706 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1707 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1708 /// available time and so stop the search.
1709
1710 void check_time() {
1711
1712   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1713   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1714
1715   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1716   {
1717       lastInfoTime = Time::now();
1718       dbg_print();
1719   }
1720
1721   if (Limits.ponder)
1722       return;
1723
1724   if (Limits.nodes)
1725   {
1726       Threads.mutex.lock();
1727
1728       nodes = RootPos.nodes_searched();
1729
1730       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1731       // all the currently active positions nodes.
1732       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1733           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1734           {
1735               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1736
1737               sp.mutex.lock();
1738
1739               nodes += sp.nodes;
1740               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1741               while (sm)
1742               {
1743                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1744                   if (pos)
1745                       nodes += pos->nodes_searched();
1746               }
1747
1748               sp.mutex.unlock();
1749           }
1750
1751       Threads.mutex.unlock();
1752   }
1753
1754   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1755   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1756                          && !Signals.failedLowAtRoot
1757                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1758
1759   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1760                    || stillAtFirstMove;
1761
1762   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1763       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1764       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1765       Signals.stop = true;
1766 }