60667c8764e32a01f904477e66ad614b57b73b57
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   History Hist;
90   Gains Gain;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
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][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232       Threads[i]->maxPly = 0;
233
234   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   Threads.timer->msec =
239   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
240                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
241                                : 100;
242
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Use Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
268   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
269   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
270   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
271   // raise Signals.stop).
272   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
273   {
274       Signals.stopOnPonderhit = true;
275       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
276   }
277
278   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
279   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
280             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
281             << sync_endl;
282 }
283
284
285 namespace {
286
287   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
288   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
289   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291   void id_loop(Position& pos) {
292
293     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
294     int depth, prevBestMoveChanges;
295     Value bestValue, alpha, beta, delta;
296
297     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
298     depth = BestMoveChanges = 0;
299     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
300     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
301     TT.new_search();
302     Hist.clear();
303     Gain.clear();
304
305     PVSize = Options["MultiPV"];
306     Skill skill(Options["Skill Level"]);
307
308     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
309     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
310     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
311         PVSize = 4;
312
313     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
314
315     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
316     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
317     {
318         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
319         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
320         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
321             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
322
323         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
324         BestMoveChanges = 0;
325
326         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
327         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
328         {
329             // Set aspiration window default width
330             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
331             {
332                 delta = Value(16);
333                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
334                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
335             }
336             else
337             {
338                 alpha = -VALUE_INFINITE;
339                 beta  =  VALUE_INFINITE;
340             }
341
342             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
343             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
347                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
348                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
349
350                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
351                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
352                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
353                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
354                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
355                 // the already searched PV lines are preserved.
356                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
357
358                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
359                 // entries have been overwritten during the search.
360                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
361                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
362
363                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
364                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
365                 // valid, although refers to previous iteration.
366                 if (Signals.stop)
367                     return;
368
369                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
370                 // research, otherwise exit the loop.
371                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
372                     break;
373
374                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
375                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
376                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
377
378                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
379                 {
380                     alpha = -VALUE_INFINITE;
381                     beta  =  VALUE_INFINITE;
382                 }
383                 else if (bestValue >= beta)
384                 {
385                     beta += delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388                 else
389                 {
390                     Signals.failedLowAtRoot = true;
391                     Signals.stopOnPonderhit = false;
392
393                     alpha -= delta;
394                     delta += delta / 2;
395                 }
396
397                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
398             }
399
400             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
401             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
402
403             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
404                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
405         }
406
407         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
408         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
409             skill.pick_move();
410
411         if (Options["Use Search Log"])
412         {
413             Log log(Options["Search Log Filename"]);
414             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
415                 << std::endl;
416         }
417
418         // Do we have found a "mate in x"?
419         if (   Limits.mate
420             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
421             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
422             Signals.stop = true;
423
424         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
425         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
426         {
427             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
428
429             // Take in account some extra time if the best move has changed
430             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
431                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
432
433             // Stop search if most of available time is already consumed. We
434             // probably don't have enough time to search the first move at the
435             // next iteration anyway.
436             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             // Stop search early if one move seems to be much better than others
440             if (    depth >= 12
441                 && !stop
442                 &&  PVSize == 1
443                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
444                 && (   RootMoves.size() == 1
445                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
446             {
447                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
448                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
449                 (ss+1)->skipNullMove = true;
450                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
451                 (ss+1)->skipNullMove = false;
452                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
453
454                 if (v < rBeta)
455                     stop = true;
456             }
457
458             if (stop)
459             {
460                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
461                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
462                 if (Limits.ponder)
463                     Signals.stopOnPonderhit = true;
464                 else
465                     Signals.stop = true;
466             }
467         }
468     }
469   }
470
471
472   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
473   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
474   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
475   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
476   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
477   // here: This is taken care of after we return from the split point.
478
479   template <NodeType NT>
480   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
481
482     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
483     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
484     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
485
486     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
487     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
488     assert(depth > DEPTH_ZERO);
489
490     Move movesSearched[64];
491     StateInfo st;
492     const TTEntry *tte;
493     SplitPoint* splitPoint;
494     Key posKey;
495     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
496     Depth ext, newDepth;
497     Value bestValue, value, ttValue;
498     Value eval, nullValue, futilityValue;
499     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
500     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
501     int moveCount, playedMoveCount;
502
503     // Step 1. Initialize node
504     Thread* thisThread = pos.this_thread();
505     moveCount = playedMoveCount = 0;
506     inCheck = pos.checkers();
507
508     if (SpNode)
509     {
510         splitPoint = ss->splitPoint;
511         bestMove   = splitPoint->bestMove;
512         threatMove = splitPoint->threatMove;
513         bestValue  = splitPoint->bestValue;
514         tte = NULL;
515         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
516         ttValue = VALUE_NONE;
517
518         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
519
520         goto split_point_start;
521     }
522
523     bestValue = -VALUE_INFINITE;
524     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
525     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
526     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
527     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
528
529     // Used to send selDepth info to GUI
530     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
531         thisThread->maxPly = ss->ply;
532
533     if (!RootNode)
534     {
535         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
536         if (Signals.stop || pos.is_draw<false>() || ss->ply > MAX_PLY)
537             return DrawValue[pos.side_to_move()];
538
539         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
540         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
541         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
542         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
543         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
544         // in this case return a fail-high score.
545         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
546         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
547         if (alpha >= beta)
548             return alpha;
549     }
550
551     // Step 4. Transposition table lookup
552     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
553     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
554     excludedMove = ss->excludedMove;
555     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
556     tte = TT.probe(posKey);
557     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
558     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
559
560     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
561     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
562     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
563     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
564     if (   !RootNode
565         && tte
566         && tte->depth() >= depth
567         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
568         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
569             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
570                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
571     {
572         TT.refresh(tte);
573         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
574
575         if (    ttValue >= beta
576             &&  ttMove
577             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
578             &&  ttMove != ss->killers[0])
579         {
580             ss->killers[1] = ss->killers[0];
581             ss->killers[0] = ttMove;
582         }
583         return ttValue;
584     }
585
586     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
587     if (inCheck)
588         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
589
590     else if (tte)
591     {
592         // Never assume anything on values stored in TT
593         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
594             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
595             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
596
597         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
598         if (ttValue != VALUE_NONE)
599             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
600                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
601                 eval = ttValue;
602     }
603     else
604     {
605         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
606         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
607                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
608     }
609
610     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
611     // evaluation before and after the move.
612     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
613         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
614         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
615         && !pos.captured_piece_type()
616         &&  type_of(move) == NORMAL)
617     {
618         Square to = to_sq(move);
619         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
620     }
621
622     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
623     if (   !PvNode
624         &&  depth < 4 * ONE_PLY
625         && !inCheck
626         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
627         &&  ttMove == MOVE_NONE
628         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
629         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
630     {
631         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
632         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
633         if (v < rbeta)
634             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
635             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
636             return v;
637     }
638
639     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
640     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
641     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
642     if (   !PvNode
643         && !ss->skipNullMove
644         &&  depth < 4 * ONE_PLY
645         && !inCheck
646         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
647         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
648         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
649         return eval - FutilityMargins[depth][0];
650
651     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
652     if (   !PvNode
653         && !ss->skipNullMove
654         &&  depth > ONE_PLY
655         && !inCheck
656         &&  eval >= beta
657         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
658         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
659     {
660         ss->currentMove = MOVE_NULL;
661
662         // Null move dynamic reduction based on depth
663         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
664
665         // Null move dynamic reduction based on value
666         if (eval - PawnValueMg > beta)
667             R += ONE_PLY;
668
669         pos.do_null_move(st);
670         (ss+1)->skipNullMove = true;
671         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
672                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
673         (ss+1)->skipNullMove = false;
674         pos.undo_null_move();
675
676         if (nullValue >= beta)
677         {
678             // Do not return unproven mate scores
679             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
680                 nullValue = beta;
681
682             if (depth < 6 * ONE_PLY)
683                 return nullValue;
684
685             // Do verification search at high depths
686             ss->skipNullMove = true;
687             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
688             ss->skipNullMove = false;
689
690             if (v >= beta)
691                 return nullValue;
692         }
693         else
694         {
695             // The null move failed low, which means that we may be faced with
696             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
697             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
698             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
699             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
700             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
701             threatMove = (ss+1)->currentMove;
702
703             if (   depth < 5 * ONE_PLY
704                 && (ss-1)->reduction
705                 && threatMove != MOVE_NONE
706                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
707                 return beta - 1;
708         }
709     }
710
711     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
712     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
713     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
714     // prune the previous move.
715     if (   !PvNode
716         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
717         && !inCheck
718         && !ss->skipNullMove
719         &&  excludedMove == MOVE_NONE
720         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
721     {
722         Value rbeta = beta + 200;
723         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
724
725         assert(rdepth >= ONE_PLY);
726         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
727         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
728
729         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
730         CheckInfo ci(pos);
731
732         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
733             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
734             {
735                 ss->currentMove = move;
736                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
737                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
738                 pos.undo_move(move);
739                 if (value >= rbeta)
740                     return value;
741             }
742     }
743
744     // Step 10. Internal iterative deepening
745     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
746         && ttMove == MOVE_NONE
747         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
748     {
749         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
750
751         ss->skipNullMove = true;
752         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
753         ss->skipNullMove = false;
754
755         tte = TT.probe(posKey);
756         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
757     }
758
759 split_point_start: // At split points actual search starts from here
760
761     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
762     CheckInfo ci(pos);
763     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
764     singularExtensionNode =   !RootNode
765                            && !SpNode
766                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
767                            &&  ttMove != MOVE_NONE
768                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
769                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
770                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
771
772     // Step 11. Loop through moves
773     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
774     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
775     {
776       assert(is_ok(move));
777
778       if (move == excludedMove)
779           continue;
780
781       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
782       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
783       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
784       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
785           continue;
786
787       if (SpNode)
788       {
789           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
790           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
791               continue;
792
793           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
794           splitPoint->mutex.unlock();
795       }
796       else
797           moveCount++;
798
799       if (RootNode)
800       {
801           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
802
803           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
804               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
805                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
806                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
807       }
808
809       ext = DEPTH_ZERO;
810       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
811       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
812       dangerous =   givesCheck
813                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
814                  || type_of(move) == CASTLE
815                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
816                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
817                      && type_of(move) == NORMAL
818                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
819                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
820
821       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
822       if (PvNode && dangerous)
823           ext = ONE_PLY;
824
825       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
826           ext = ONE_PLY / 2;
827
828       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
829       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
830       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
831       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
832       // a margin then we extend ttMove.
833       if (    singularExtensionNode
834           &&  move == ttMove
835           && !ext
836           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
837           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
838       {
839           assert(ttValue != VALUE_NONE);
840
841           Value rBeta = ttValue - int(depth);
842           ss->excludedMove = move;
843           ss->skipNullMove = true;
844           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
845           ss->skipNullMove = false;
846           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
847
848           if (value < rBeta)
849               ext = ONE_PLY;
850       }
851
852       // Update current move (this must be done after singular extension search)
853       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
854
855       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
856       if (   !PvNode
857           && !captureOrPromotion
858           && !inCheck
859           && !dangerous
860           &&  move != ttMove
861           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
862       {
863           // Move count based pruning
864           if (   depth < 16 * ONE_PLY
865               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
866               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
867           {
868               if (SpNode)
869                   splitPoint->mutex.lock();
870
871               continue;
872           }
873
874           // Value based pruning
875           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
876           // but fixing this made program slightly weaker.
877           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
878           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
879                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
880
881           if (futilityValue < beta)
882           {
883               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
884
885               if (SpNode)
886               {
887                   splitPoint->mutex.lock();
888                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
889                       splitPoint->bestValue = bestValue;
890               }
891               continue;
892           }
893
894           // Prune moves with negative SEE at low depths
895           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
896               && pos.see_sign(move) < 0)
897           {
898               if (SpNode)
899                   splitPoint->mutex.lock();
900
901               continue;
902           }
903       }
904
905       // Check for legality only before to do the move
906       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
907       {
908           moveCount--;
909           continue;
910       }
911
912       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
913       ss->currentMove = move;
914       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
915           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
916
917       // Step 14. Make the move
918       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
919
920       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
921       // re-searched at full depth.
922       if (    depth > 3 * ONE_PLY
923           && !pvMove
924           && !captureOrPromotion
925           && !dangerous
926           &&  move != ttMove
927           &&  move != ss->killers[0]
928           &&  move != ss->killers[1])
929       {
930           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
931           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
932           if (SpNode)
933               alpha = splitPoint->alpha;
934
935           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
936
937           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
938           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
939       }
940       else
941           doFullDepthSearch = !pvMove;
942
943       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
944       if (doFullDepthSearch)
945       {
946           if (SpNode)
947               alpha = splitPoint->alpha;
948
949           value = newDepth < ONE_PLY ?
950                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
951                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
952                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
953       }
954
955       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
956       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
957       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
958       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
959           value = newDepth < ONE_PLY ?
960                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
962                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
963       // Step 17. Undo move
964       pos.undo_move(move);
965
966       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
967
968       // Step 18. Check for new best move
969       if (SpNode)
970       {
971           splitPoint->mutex.lock();
972           bestValue = splitPoint->bestValue;
973           alpha = splitPoint->alpha;
974       }
975
976       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
977       // was aborted because the user interrupted the search or because we
978       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
979       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
980       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
981           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
982
983       if (RootNode)
984       {
985           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
986
987           // PV move or new best move ?
988           if (pvMove || value > alpha)
989           {
990               rm.score = value;
991               rm.extract_pv_from_tt(pos);
992
993               // We record how often the best move has been changed in each
994               // iteration. This information is used for time management: When
995               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
996               if (!pvMove)
997                   BestMoveChanges++;
998           }
999           else
1000               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1001               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1002               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1003               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1004       }
1005
1006       if (value > bestValue)
1007       {
1008           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1009
1010           if (value > alpha)
1011           {
1012               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1013
1014               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1015                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1016               else
1017               {
1018                   assert(value >= beta); // Fail high
1019
1020                   if (SpNode)
1021                       splitPoint->cutoff = true;
1022
1023                   break;
1024               }
1025           }
1026       }
1027
1028       // Step 19. Check for splitting the search
1029       if (   !SpNode
1030           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1031           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1032           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1033       {
1034           assert(bestValue < beta);
1035
1036           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1037                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1038           if (bestValue >= beta)
1039               break;
1040       }
1041     }
1042
1043     if (SpNode)
1044         return bestValue;
1045
1046     // Step 20. Check for mate and stalemate
1047     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1048     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1049     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1050     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1051     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1052     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1053     if (!moveCount)
1054         return  excludedMove ? alpha
1055               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1056
1057     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1058     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1059     {
1060         assert(!playedMoveCount);
1061
1062         bestValue = alpha;
1063     }
1064
1065     if (bestValue >= beta) // Failed high
1066     {
1067         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1068                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1069
1070         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1071         {
1072             if (bestMove != ss->killers[0])
1073             {
1074                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1075                 ss->killers[0] = bestMove;
1076             }
1077
1078             // Increase history value of the cut-off move
1079             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1080             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1081
1082             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1083             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1084             {
1085                 Move m = movesSearched[i];
1086                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1087             }
1088         }
1089     }
1090     else // Failed low or PV search
1091         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1092                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1093                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1094
1095     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1096
1097     return bestValue;
1098   }
1099
1100
1101   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1102   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1103   // less than ONE_PLY).
1104
1105   template <NodeType NT, bool InCheck>
1106   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1107
1108     const bool PvNode = (NT == PV);
1109
1110     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1111     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1112     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1113     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1114     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1115
1116     StateInfo st;
1117     const TTEntry* tte;
1118     Key posKey;
1119     Move ttMove, move, bestMove;
1120     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1121     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1122     Depth ttDepth;
1123
1124     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1125     if (PvNode)
1126         oldAlpha = alpha;
1127
1128     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1129     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1130
1131     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1132     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1133         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1134
1135     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1136     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1137     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1138     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1139                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1140
1141     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1142     // pruning, but only for move ordering.
1143     posKey = pos.key();
1144     tte = TT.probe(posKey);
1145     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1146     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1147
1148     if (   tte
1149         && tte->depth() >= ttDepth
1150         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1151         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1152             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1153                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1154     {
1155         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1156         return ttValue;
1157     }
1158
1159     // Evaluate the position statically
1160     if (InCheck)
1161     {
1162         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1163         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1164         enoughMaterial = false;
1165     }
1166     else
1167     {
1168         if (tte)
1169         {
1170             // Never assume anything on values stored in TT
1171             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1172                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1173                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1174         }
1175         else
1176             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1177
1178         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1179         if (bestValue >= beta)
1180         {
1181             if (!tte)
1182                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1183                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1184
1185             return bestValue;
1186         }
1187
1188         if (PvNode && bestValue > alpha)
1189             alpha = bestValue;
1190
1191         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1192         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1193     }
1194
1195     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1196     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1197     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1198     // be generated.
1199     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1200     CheckInfo ci(pos);
1201
1202     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1203     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1204     {
1205       assert(is_ok(move));
1206
1207       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1208
1209       // Futility pruning
1210       if (   !PvNode
1211           && !InCheck
1212           && !givesCheck
1213           &&  move != ttMove
1214           &&  enoughMaterial
1215           &&  type_of(move) != PROMOTION
1216           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1217       {
1218           futilityValue =  futilityBase
1219                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1220                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1221
1222           if (futilityValue < beta)
1223           {
1224               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1225               continue;
1226           }
1227
1228           // Prune moves with negative or equal SEE
1229           if (   futilityBase < beta
1230               && depth < DEPTH_ZERO
1231               && pos.see(move) <= 0)
1232           {
1233               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1234               continue;
1235           }
1236       }
1237
1238       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1239       evasionPrunable =   !PvNode
1240                        &&  InCheck
1241                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1242                        && !pos.is_capture(move)
1243                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1244
1245       // Don't search moves with negative SEE values
1246       if (   !PvNode
1247           && (!InCheck || evasionPrunable)
1248           &&  move != ttMove
1249           &&  type_of(move) != PROMOTION
1250           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1251           continue;
1252
1253       // Don't search useless checks
1254       if (   !PvNode
1255           && !InCheck
1256           &&  givesCheck
1257           &&  move != ttMove
1258           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1259           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1260           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1261           continue;
1262
1263       // Check for legality only before to do the move
1264       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1265           continue;
1266
1267       ss->currentMove = move;
1268
1269       // Make and search the move
1270       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1271       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1272                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1273       pos.undo_move(move);
1274
1275       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1276
1277       // Check for new best move
1278       if (value > bestValue)
1279       {
1280           bestValue = value;
1281
1282           if (value > alpha)
1283           {
1284               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1285               {
1286                   alpha = value;
1287                   bestMove = move;
1288               }
1289               else // Fail high
1290               {
1291                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1292                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1293
1294                   return value;
1295               }
1296           }
1297        }
1298     }
1299
1300     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1301     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1302     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1303         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1304
1305     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1306              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1307              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1308
1309     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1310
1311     return bestValue;
1312   }
1313
1314
1315   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1316   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1317   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1318
1319   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1320
1321     assert(v != VALUE_NONE);
1322
1323     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1324           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1325   }
1326
1327
1328   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1329   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1330   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1331
1332   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1333
1334     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1335           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1336           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1337   }
1338
1339
1340   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1341
1342   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1343   {
1344     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1345     Square from = from_sq(move);
1346     Square to = to_sq(move);
1347     Color them = ~pos.side_to_move();
1348     Square ksq = pos.king_square(them);
1349     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1350     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1351     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1352     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1353     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1354
1355     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1356     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1357         return true;
1358
1359     // Queen contact check is very dangerous
1360     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1361         return true;
1362
1363     // Creating new double threats with checks is dangerous
1364     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1365     while (b)
1366     {
1367         // Note that here we generate illegal "double move"!
1368         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1369             return true;
1370     }
1371
1372     return false;
1373   }
1374
1375
1376   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1377   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1378   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1379   // from a null search that fails low).
1380
1381   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1382
1383     assert(is_ok(first));
1384     assert(is_ok(second));
1385     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1386     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1387
1388     Square m1from = from_sq(first);
1389     Square m2from = from_sq(second);
1390     Square m1to = to_sq(first);
1391     Square m2to = to_sq(second);
1392
1393     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1394     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1395         return true;
1396
1397     // Second one moves through the square vacated by first one
1398     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1399       return true;
1400
1401     // Second's destination is defended by the first move's piece
1402     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1403     if (m1att & m2to)
1404         return true;
1405
1406     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1407     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1408     {
1409         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1410         return true;
1411     }
1412
1413     return false;
1414   }
1415
1416
1417   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1418   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1419   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1420
1421   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1422
1423     assert(is_ok(first));
1424     assert(is_ok(second));
1425
1426     Square m1from = from_sq(first);
1427     Square m2from = from_sq(second);
1428     Square m1to = to_sq(first);
1429     Square m2to = to_sq(second);
1430
1431     // Don't prune moves of the threatened piece
1432     if (m1from == m2to)
1433         return true;
1434
1435     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1436     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1437     if (    pos.is_capture(second)
1438         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1439             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1440     {
1441         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1442         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1443         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1444
1445         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1446         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1447             return true;
1448
1449         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1450         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1451                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1452
1453         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1454         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1455             return true;
1456     }
1457
1458     // Don't prune safe moves which block the threat path
1459     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1460         return true;
1461
1462     return false;
1463   }
1464
1465
1466   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1467   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1468
1469   Move Skill::pick_move() {
1470
1471     static RKISS rk;
1472
1473     // PRNG sequence should be not deterministic
1474     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1475         rk.rand<unsigned>();
1476
1477     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1478     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1479     int weakness = 120 - 2 * level;
1480     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1481     best = MOVE_NONE;
1482
1483     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1484     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1485     // then we choose the move with the resulting highest score.
1486     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1487     {
1488         int s = RootMoves[i].score;
1489
1490         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1491         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1492             break;
1493
1494         // This is our magic formula
1495         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1496               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1497
1498         if (s > max_s)
1499         {
1500             max_s = s;
1501             best = RootMoves[i].pv[0];
1502         }
1503     }
1504     return best;
1505   }
1506
1507
1508   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1509   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1510   // the previous search score.
1511
1512   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1513
1514     std::stringstream s;
1515     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1516     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1517     int selDepth = 0;
1518
1519     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1520         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1521             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1522
1523     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1524     {
1525         bool updated = (i <= PVIdx);
1526
1527         if (depth == 1 && !updated)
1528             continue;
1529
1530         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1531         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1532
1533         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1534             s << "\n";
1535
1536         s << "info depth " << d
1537           << " seldepth "  << selDepth
1538           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1539           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1540           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1541           << " time "      << elaspsed
1542           << " multipv "   << i + 1
1543           << " pv";
1544
1545         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1546             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1547     }
1548
1549     return s.str();
1550   }
1551
1552 } // namespace
1553
1554
1555 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1556 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1557 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1558 /// long PV to print that is important for position analysis.
1559
1560 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1561
1562   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1563   TTEntry* tte;
1564   int ply = 0;
1565   Move m = pv[0];
1566
1567   pv.clear();
1568
1569   do {
1570       pv.push_back(m);
1571
1572       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1573
1574       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1575       tte = TT.probe(pos.key());
1576
1577   } while (   tte
1578            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1579            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1580            && ply < MAX_PLY
1581            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1582
1583   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1584
1585   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1586 }
1587
1588
1589 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1590 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1591 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1592
1593 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1594
1595   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1596   TTEntry* tte;
1597   int ply = 0;
1598
1599   do {
1600       tte = TT.probe(pos.key());
1601
1602       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1603           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1604
1605       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1606
1607       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1608
1609   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1610
1611   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1612 }
1613
1614
1615 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1616
1617 void Thread::idle_loop() {
1618
1619   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1620   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1621   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1622
1623   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1624
1625   while (true)
1626   {
1627       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1628       // wasting CPU time polling for work.
1629       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1630       {
1631           if (exit)
1632           {
1633               assert(!this_sp);
1634               return;
1635           }
1636
1637           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1638           mutex.lock();
1639
1640           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1641           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1642           {
1643               mutex.unlock();
1644               break;
1645           }
1646
1647           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1648           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1649           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1650           // we had the chance to grab the lock.
1651           if (!searching && !exit)
1652               sleepCondition.wait(mutex);
1653
1654           mutex.unlock();
1655       }
1656
1657       // If this thread has been assigned work, launch a search
1658       if (searching)
1659       {
1660           assert(!exit);
1661
1662           Threads.mutex.lock();
1663
1664           assert(searching);
1665           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1666
1667           Threads.mutex.unlock();
1668
1669           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1670           Position pos(*sp->pos, this);
1671
1672           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1673           (ss+1)->splitPoint = sp;
1674
1675           sp->mutex.lock();
1676
1677           assert(activePosition == NULL);
1678
1679           activePosition = &pos;
1680
1681           switch (sp->nodeType) {
1682           case Root:
1683               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1684               break;
1685           case PV:
1686               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1687               break;
1688           case NonPV:
1689               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1690               break;
1691           default:
1692               assert(false);
1693           }
1694
1695           assert(searching);
1696
1697           searching = false;
1698           activePosition = NULL;
1699           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1700           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1701
1702           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1703           // in case we are the last slave of the split point.
1704           if (    Threads.sleepWhileIdle
1705               &&  this != sp->masterThread
1706               && !sp->slavesMask)
1707           {
1708               assert(!sp->masterThread->searching);
1709               sp->masterThread->notify_one();
1710           }
1711
1712           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1713           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1714           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1715           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1716           sp->mutex.unlock();
1717       }
1718
1719       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1720       // their work at this split point, return from the idle loop.
1721       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1722       {
1723           this_sp->mutex.lock();
1724           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1725           this_sp->mutex.unlock();
1726           if (finished)
1727               return;
1728       }
1729   }
1730 }
1731
1732
1733 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1734 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1735 /// available time and so stop the search.
1736
1737 void check_time() {
1738
1739   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1740   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1741
1742   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1743   {
1744       lastInfoTime = Time::now();
1745       dbg_print();
1746   }
1747
1748   if (Limits.ponder)
1749       return;
1750
1751   if (Limits.nodes)
1752   {
1753       Threads.mutex.lock();
1754
1755       nodes = RootPos.nodes_searched();
1756
1757       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1758       // all the currently active positions nodes.
1759       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1760           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1761           {
1762               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1763
1764               sp.mutex.lock();
1765
1766               nodes += sp.nodes;
1767               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1768               while (sm)
1769               {
1770                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1771                   if (pos)
1772                       nodes += pos->nodes_searched();
1773               }
1774
1775               sp.mutex.unlock();
1776           }
1777
1778       Threads.mutex.unlock();
1779   }
1780
1781   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1782   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1783                          && !Signals.failedLowAtRoot
1784                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1785
1786   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1787                    || stillAtFirstMove;
1788
1789   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1790       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1791       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1792       Signals.stop = true;
1793 }