7369ebababc27a494025d24ddf49a32160985ea8
[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   RefutationTable Refutation;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
159   if (depth == ONE_PLY)
160       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165
166   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
167   {
168       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
169       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(ml.move());
171   }
172
173   return cnt;
174 }
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Use Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
236
237   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
238   // used to check for remaining available thinking time.
239   Threads.timer->msec =
240   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
241                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
242                                : 100;
243
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When search is stopped this info is not printed
269   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
270             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
271
272   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
273   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
274   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
275   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
276   // raise Signals.stop).
277   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
278   {
279       Signals.stopOnPonderhit = true;
280       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
281   }
282
283   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
284   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
285             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
286             << sync_endl;
287 }
288
289
290 namespace {
291
292   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
293   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
294   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
295
296   void id_loop(Position& pos) {
297
298     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
299     int depth, prevBestMoveChanges;
300     Value bestValue, alpha, beta, delta;
301
302     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
303     depth = BestMoveChanges = 0;
304     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
305     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
306     TT.new_search();
307     Hist.clear();
308     Gain.clear();
309     Refutation.clear();
310
311     PVSize = Options["MultiPV"];
312     Skill skill(Options["Skill Level"]);
313
314     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
315     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
317         PVSize = 4;
318
319     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
320
321     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
322     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
323     {
324         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
325         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
327             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
328
329         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
330         BestMoveChanges = 0;
331
332         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
333         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
334         {
335             // Set aspiration window default width
336             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
337             {
338                 delta = Value(16);
339                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
340                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
341             }
342             else
343             {
344                 alpha = -VALUE_INFINITE;
345                 beta  =  VALUE_INFINITE;
346             }
347
348             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
349             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
350             while (true)
351             {
352                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
353                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
354                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
355
356                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
357                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
358                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
359                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
360                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
361                 // the already searched PV lines are preserved.
362                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
363
364                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
365                 // entries have been overwritten during the search.
366                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
367                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
368
369                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
370                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
371                 // valid, although refers to previous iteration.
372                 if (Signals.stop)
373                     return;
374
375                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
376                 // research, otherwise exit the loop.
377                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
378                     break;
379
380                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
381                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
382                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
383
384                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
385                 {
386                     alpha = -VALUE_INFINITE;
387                     beta  =  VALUE_INFINITE;
388                 }
389                 else if (bestValue >= beta)
390                 {
391                     beta += delta;
392                     delta += delta / 2;
393                 }
394                 else
395                 {
396                     Signals.failedLowAtRoot = true;
397                     Signals.stopOnPonderhit = false;
398
399                     alpha -= delta;
400                     delta += delta / 2;
401                 }
402
403                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404             }
405
406             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
410                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411         }
412
413         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
414         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
415             skill.pick_move();
416
417         if (Options["Use Search Log"])
418         {
419             Log log(Options["Search Log Filename"]);
420             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
421                 << std::endl;
422         }
423
424         // Do we have found a "mate in x"?
425         if (   Limits.mate
426             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
427             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
428             Signals.stop = true;
429
430         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
431         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
432         {
433             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
434
435             // Take in account some extra time if the best move has changed
436             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
437                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
438
439             // Stop search if most of available time is already consumed. We
440             // probably don't have enough time to search the first move at the
441             // next iteration anyway.
442             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
443                 stop = true;
444
445             // Stop search early if one move seems to be much better than others
446             if (    depth >= 12
447                 && !stop
448                 &&  PVSize == 1
449                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
450                 && (   RootMoves.size() == 1
451                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
452             {
453                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
454                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
455                 (ss+1)->skipNullMove = true;
456                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
457                 (ss+1)->skipNullMove = false;
458                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
459
460                 if (v < rBeta)
461                     stop = true;
462             }
463
464             if (stop)
465             {
466                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
467                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
468                 if (Limits.ponder)
469                     Signals.stopOnPonderhit = true;
470                 else
471                     Signals.stop = true;
472             }
473         }
474     }
475   }
476
477
478   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
479   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
480   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
481   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
482   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
483   // here: This is taken care of after we return from the split point.
484
485   template <NodeType NT>
486   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
487
488     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
489     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
490     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
491
492     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
493     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
494     assert(depth > DEPTH_ZERO);
495
496     Move movesSearched[64];
497     StateInfo st;
498     const TTEntry *tte;
499     SplitPoint* splitPoint;
500     Key posKey;
501     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
502     Depth ext, newDepth;
503     Value bestValue, value, ttValue;
504     Value eval, nullValue, futilityValue;
505     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
506     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
507     int moveCount, playedMoveCount;
508
509     // Step 1. Initialize node
510     Thread* thisThread = pos.this_thread();
511     moveCount = playedMoveCount = 0;
512     inCheck = pos.checkers();
513
514     if (SpNode)
515     {
516         splitPoint = ss->splitPoint;
517         bestMove   = splitPoint->bestMove;
518         threatMove = splitPoint->threatMove;
519         bestValue  = splitPoint->bestValue;
520         tte = NULL;
521         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
522         ttValue = VALUE_NONE;
523
524         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
525
526         goto split_point_start;
527     }
528
529     bestValue = -VALUE_INFINITE;
530     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
531     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
532     ss->futilityMoveCount = 0;
533     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
534     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
535
536     // Used to send selDepth info to GUI
537     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
538         thisThread->maxPly = ss->ply;
539
540     if (!RootNode)
541     {
542         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
543         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
544             return DrawValue[pos.side_to_move()];
545
546         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
547         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
548         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
549         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
550         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
551         // in this case return a fail-high score.
552         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
553         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
554         if (alpha >= beta)
555             return alpha;
556     }
557
558     // Step 4. Transposition table lookup
559     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
560     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
561     excludedMove = ss->excludedMove;
562     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
563     tte = TT.probe(posKey);
564     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
565     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
566
567     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
568     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
569     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
570     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
571     if (   !RootNode
572         && tte
573         && tte->depth() >= depth
574         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
575         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
576             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
577                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
578     {
579         TT.refresh(tte);
580         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
581
582         if (    ttValue >= beta
583             &&  ttMove
584             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
585             &&  ttMove != ss->killers[0])
586         {
587             ss->killers[1] = ss->killers[0];
588             ss->killers[0] = ttMove;
589         }
590         return ttValue;
591     }
592
593     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
594     if (inCheck)
595         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
596
597     else if (tte)
598     {
599         // Never assume anything on values stored in TT
600         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
601             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
602             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
603
604         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
605         if (ttValue != VALUE_NONE)
606             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
607                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
608                 eval = ttValue;
609     }
610     else
611     {
612         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
613         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
614                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
615     }
616
617     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
618     // evaluation before and after the move.
619     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
620         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
621         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
622         && !pos.captured_piece_type()
623         &&  type_of(move) == NORMAL)
624     {
625         Square to = to_sq(move);
626         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
627     }
628
629     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
630     if (   !PvNode
631         &&  depth < 4 * ONE_PLY
632         && !inCheck
633         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
634         &&  ttMove == MOVE_NONE
635         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
636         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
637     {
638         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
639         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
640         if (v < rbeta)
641             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
642             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
643             return v;
644     }
645
646     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
647     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
648     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
649     if (   !PvNode
650         && !ss->skipNullMove
651         &&  depth < 4 * ONE_PLY
652         && !inCheck
653         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
655         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
656         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
657         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
658
659     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
660     if (   !PvNode
661         && !ss->skipNullMove
662         &&  depth > ONE_PLY
663         && !inCheck
664         &&  eval >= beta
665         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
666         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
667     {
668         ss->currentMove = MOVE_NULL;
669
670         // Null move dynamic reduction based on depth
671         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
672
673         // Null move dynamic reduction based on value
674         if (eval - PawnValueMg > beta)
675             R += ONE_PLY;
676
677         pos.do_null_move(st);
678         (ss+1)->skipNullMove = true;
679         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
680                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
681         (ss+1)->skipNullMove = false;
682         pos.undo_null_move();
683
684         if (nullValue >= beta)
685         {
686             // Do not return unproven mate scores
687             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
688                 nullValue = beta;
689
690             if (depth < 12 * ONE_PLY)
691                 return nullValue;
692
693             // Do verification search at high depths
694             ss->skipNullMove = true;
695             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
696             ss->skipNullMove = false;
697
698             if (v >= beta)
699                 return nullValue;
700         }
701         else
702         {
703             // The null move failed low, which means that we may be faced with
704             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
705             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
706             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
707             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
708             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
709             threatMove = (ss+1)->currentMove;
710
711             if (   depth < 5 * ONE_PLY
712                 && (ss-1)->reduction
713                 && threatMove != MOVE_NONE
714                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
715                 return beta - 1;
716         }
717     }
718
719     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
720     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
721     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
722     // prune the previous move.
723     if (   !PvNode
724         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
725         && !inCheck
726         && !ss->skipNullMove
727         &&  excludedMove == MOVE_NONE
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, Hist, pos.captured_piece_type());
738         CheckInfo ci(pos);
739
740         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
741             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
742             {
743                 ss->currentMove = move;
744                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
745                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
746                 pos.undo_move(move);
747                 if (value >= rbeta)
748                     return value;
749             }
750     }
751
752     // Step 10. Internal iterative deepening
753     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
754         && ttMove == MOVE_NONE
755         && (PvNode || (!inCheck && 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);
761         ss->skipNullMove = false;
762
763         tte = TT.probe(posKey);
764         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
765     }
766
767 split_point_start: // At split points actual search starts from here
768
769     Move prevMove = (ss-1)->currentMove;
770     Square prevSq = to_sq(prevMove);
771     Piece  prevP  = pos.piece_on(prevSq);
772     Move refutationMove = Refutation.get(prevP, prevSq); 
773
774     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, refutationMove, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
775     CheckInfo ci(pos);
776     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
777     singularExtensionNode =   !RootNode
778                            && !SpNode
779                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
780                            &&  ttMove != MOVE_NONE
781                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
782                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
783                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
784
785     // Step 11. Loop through moves
786     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
787     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
788     {
789       assert(is_ok(move));
790
791       if (move == excludedMove)
792           continue;
793
794       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
795       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
796       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
797       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
798           continue;
799
800       if (SpNode)
801       {
802           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
803           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
804               continue;
805
806           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
807           splitPoint->mutex.unlock();
808       }
809       else
810           moveCount++;
811
812       if (RootNode)
813       {
814           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
815
816           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
817               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
818                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
819                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
820       }
821
822       ext = DEPTH_ZERO;
823       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
824       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
825       dangerous =   givesCheck
826                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
827                  || type_of(move) == CASTLE
828                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
829                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
830                      && type_of(move) == NORMAL
831                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
832                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
833
834       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
835       if (PvNode && dangerous)
836           ext = ONE_PLY;
837
838       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
839           ext = ONE_PLY / 2;
840
841       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
842       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
843       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
844       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
845       // a margin then we extend ttMove.
846       if (    singularExtensionNode
847           &&  move == ttMove
848           && !ext
849           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
850           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
851       {
852           assert(ttValue != VALUE_NONE);
853
854           Value rBeta = ttValue - int(depth);
855           ss->excludedMove = move;
856           ss->skipNullMove = true;
857           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
858           ss->skipNullMove = false;
859           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
860
861           if (value < rBeta)
862               ext = ONE_PLY;
863       }
864
865       // Update current move (this must be done after singular extension search)
866       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
867
868       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
869       if (   !PvNode
870           && !captureOrPromotion
871           && !inCheck
872           && !dangerous
873        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
874           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
875       {
876           // Move count based pruning
877           if (   depth < 16 * ONE_PLY
878               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
879               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
880           {
881               if (SpNode)
882                   splitPoint->mutex.lock();
883
884               continue;
885           }
886
887           // Value based pruning
888           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
889           // but fixing this made program slightly weaker.
890           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
891           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
892                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
893
894           if (futilityValue < beta)
895           {
896               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
897
898               if (SpNode)
899               {
900                   splitPoint->mutex.lock();
901                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
902                       splitPoint->bestValue = bestValue;
903               }
904               continue;
905           }
906
907           // Prune moves with negative SEE at low depths
908           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
909               && pos.see_sign(move) < 0)
910           {
911               if (SpNode)
912                   splitPoint->mutex.lock();
913
914               continue;
915           }
916
917           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
918           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
919           ss->futilityMoveCount = moveCount;
920       }
921       else
922           ss->futilityMoveCount = 0;
923
924       // Check for legality only before to do the move
925       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
926       {
927           moveCount--;
928           continue;
929       }
930
931       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
932       ss->currentMove = move;
933       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
934           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
935
936       // Step 14. Make the move
937       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
938
939       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
940       // re-searched at full depth.
941       if (    depth > 3 * ONE_PLY
942           && !pvMove
943           && !captureOrPromotion
944           && !dangerous
945           &&  move != ttMove
946           &&  move != ss->killers[0]
947           &&  move != ss->killers[1])
948       {
949           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
950           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
951           if (SpNode)
952               alpha = splitPoint->alpha;
953
954           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
955
956           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
957           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
958       }
959       else
960           doFullDepthSearch = !pvMove;
961
962       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
963       if (doFullDepthSearch)
964       {
965           if (SpNode)
966               alpha = splitPoint->alpha;
967
968           value = newDepth < ONE_PLY ?
969                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
970                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
971                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
972       }
973
974       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
975       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
976       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
977       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
978           value = newDepth < ONE_PLY ?
979                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
980                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
981                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
982       // Step 17. Undo move
983       pos.undo_move(move);
984
985       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
986
987       // Step 18. Check for new best move
988       if (SpNode)
989       {
990           splitPoint->mutex.lock();
991           bestValue = splitPoint->bestValue;
992           alpha = splitPoint->alpha;
993       }
994
995       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
996       // was aborted because the user interrupted the search or because we
997       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
998       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
999       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1000           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1001
1002       if (RootNode)
1003       {
1004           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1005
1006           // PV move or new best move ?
1007           if (pvMove || value > alpha)
1008           {
1009               rm.score = value;
1010               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1011
1012               // We record how often the best move has been changed in each
1013               // iteration. This information is used for time management: When
1014               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1015               if (!pvMove)
1016                   BestMoveChanges++;
1017           }
1018           else
1019               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1020               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1021               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1022               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1023       }
1024
1025       if (value > bestValue)
1026       {
1027           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1028
1029           if (value > alpha)
1030           {
1031               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1032
1033               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1034                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1035               else
1036               {
1037                   assert(value >= beta); // Fail high
1038
1039                   if (SpNode)
1040                       splitPoint->cutoff = true;
1041
1042                   break;
1043               }
1044           }
1045       }
1046
1047       // Step 19. Check for splitting the search
1048       if (   !SpNode
1049           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1050           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1051           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1052       {
1053           assert(bestValue < beta);
1054
1055           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1056                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1057           if (bestValue >= beta)
1058               break;
1059       }
1060     }
1061
1062     if (SpNode)
1063         return bestValue;
1064
1065     // Step 20. Check for mate and stalemate
1066     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1067     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1068     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1069     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1070     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1071     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1072     if (!moveCount)
1073         return  excludedMove ? alpha
1074               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1075
1076     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1077     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1078     {
1079         assert(!playedMoveCount);
1080
1081         bestValue = alpha;
1082     }
1083
1084     if (bestValue >= beta) // Failed high
1085     {
1086         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1087                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1088
1089         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1090         {
1091             if (bestMove != ss->killers[0])
1092             {
1093                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1094                 ss->killers[0] = bestMove;
1095             }
1096
1097             // Increase history value of the cut-off move
1098             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1099             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1100             //Refutation.update(prevP, prevSq, bestMove);
1101
1102             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1103             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1104             {
1105                 Move m = movesSearched[i];
1106                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1107             }
1108         }
1109     }
1110     else // Failed low or PV search
1111         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1112                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1113                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1114
1115     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1116
1117     return bestValue;
1118   }
1119
1120
1121   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1122   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1123   // less than ONE_PLY).
1124
1125   template <NodeType NT, bool InCheck>
1126   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1127
1128     const bool PvNode = (NT == PV);
1129
1130     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1131     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1132     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1133     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1134     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1135
1136     StateInfo st;
1137     const TTEntry* tte;
1138     Key posKey;
1139     Move ttMove, move, bestMove;
1140     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1141     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1142     Depth ttDepth;
1143
1144     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1145     if (PvNode)
1146         oldAlpha = alpha;
1147
1148     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1149     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1150
1151     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1152     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1153         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1154
1155     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1156     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1157     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1158     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1159                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1160
1161     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1162     // pruning, but only for move ordering.
1163     posKey = pos.key();
1164     tte = TT.probe(posKey);
1165     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1166     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1167
1168     if (   tte
1169         && tte->depth() >= ttDepth
1170         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1171         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1172             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1173                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1174     {
1175         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1176         return ttValue;
1177     }
1178
1179     // Evaluate the position statically
1180     if (InCheck)
1181     {
1182         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1183         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1184         enoughMaterial = false;
1185     }
1186     else
1187     {
1188         if (tte)
1189         {
1190             // Never assume anything on values stored in TT
1191             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1192                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1193                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1194         }
1195         else
1196             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1197
1198         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1199         if (bestValue >= beta)
1200         {
1201             if (!tte)
1202                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1203                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1204
1205             return bestValue;
1206         }
1207
1208         if (PvNode && bestValue > alpha)
1209             alpha = bestValue;
1210
1211         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1212         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1213     }
1214
1215     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1216     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1217     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1218     // be generated.
1219     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1220     CheckInfo ci(pos);
1221
1222     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1223     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1224     {
1225       assert(is_ok(move));
1226
1227       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1228
1229       // Futility pruning
1230       if (   !PvNode
1231           && !InCheck
1232           && !givesCheck
1233           &&  move != ttMove
1234           &&  enoughMaterial
1235           &&  type_of(move) != PROMOTION
1236           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1237       {
1238           futilityValue =  futilityBase
1239                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1240                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1241
1242           if (futilityValue < beta)
1243           {
1244               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1245               continue;
1246           }
1247
1248           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1249           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1250           if (   futilityBase < beta
1251               && depth < DEPTH_ZERO
1252               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1253           {
1254               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1255               continue;
1256           }
1257       }
1258
1259       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1260       evasionPrunable =   !PvNode
1261                        &&  InCheck
1262                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1263                        && !pos.is_capture(move)
1264                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1265
1266       // Don't search moves with negative SEE values
1267       if (   !PvNode
1268           && (!InCheck || evasionPrunable)
1269           &&  move != ttMove
1270           &&  type_of(move) != PROMOTION
1271           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1272           continue;
1273
1274       // Don't search useless checks
1275       if (   !PvNode
1276           && !InCheck
1277           &&  givesCheck
1278           &&  move != ttMove
1279           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1280           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1281           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1282           continue;
1283
1284       // Check for legality only before to do the move
1285       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1286           continue;
1287
1288       ss->currentMove = move;
1289
1290       // Make and search the move
1291       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1292       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1293                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1294       pos.undo_move(move);
1295
1296       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1297
1298       // Check for new best move
1299       if (value > bestValue)
1300       {
1301           bestValue = value;
1302
1303           if (value > alpha)
1304           {
1305               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1306               {
1307                   alpha = value;
1308                   bestMove = move;
1309               }
1310               else // Fail high
1311               {
1312                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1313                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1314
1315                   return value;
1316               }
1317           }
1318        }
1319     }
1320
1321     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1322     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1323     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1324         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1325
1326     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1327              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1328              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1329
1330     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1331
1332     return bestValue;
1333   }
1334
1335
1336   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1337   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1338   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1339
1340   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1341
1342     assert(v != VALUE_NONE);
1343
1344     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1345           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1346   }
1347
1348
1349   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1350   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1351   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1352
1353   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1354
1355     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1356           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1357           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1358   }
1359
1360
1361   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1362
1363   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1364   {
1365     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1366     Square from = from_sq(move);
1367     Square to = to_sq(move);
1368     Color them = ~pos.side_to_move();
1369     Square ksq = pos.king_square(them);
1370     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1371     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1372     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1373     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1374     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1375
1376     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1377     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1378         return true;
1379
1380     // Queen contact check is very dangerous
1381     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1382         return true;
1383
1384     // Creating new double threats with checks is dangerous
1385     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1386     while (b)
1387     {
1388         // Note that here we generate illegal "double move"!
1389         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1390             return true;
1391     }
1392
1393     return false;
1394   }
1395
1396
1397   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1398   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1399   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1400   // from a null search that fails low).
1401
1402   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1403
1404     assert(is_ok(first));
1405     assert(is_ok(second));
1406     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1407     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1408
1409     Square m1from = from_sq(first);
1410     Square m2from = from_sq(second);
1411     Square m1to = to_sq(first);
1412     Square m2to = to_sq(second);
1413
1414     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1415     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1416         return true;
1417
1418     // Second one moves through the square vacated by first one
1419     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1420       return true;
1421
1422     // Second's destination is defended by the first move's piece
1423     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1424     if (m1att & m2to)
1425         return true;
1426
1427     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1428     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1429     {
1430         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1431         return true;
1432     }
1433
1434     return false;
1435   }
1436
1437
1438   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1439   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1440   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1441
1442   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1443
1444     assert(is_ok(first));
1445     assert(is_ok(second));
1446
1447     Square m1from = from_sq(first);
1448     Square m2from = from_sq(second);
1449     Square m1to = to_sq(first);
1450     Square m2to = to_sq(second);
1451
1452     // Don't prune moves of the threatened piece
1453     if (m1from == m2to)
1454         return true;
1455
1456     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1457     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1458     if (    pos.is_capture(second)
1459         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1460             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1461     {
1462         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1463         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1464         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1465
1466         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1467         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1468             return true;
1469
1470         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1471         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1472                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1473
1474         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1475         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1476             return true;
1477     }
1478
1479     // Don't prune safe moves which block the threat path
1480     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1481         return true;
1482
1483     return false;
1484   }
1485
1486
1487   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1488   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1489
1490   Move Skill::pick_move() {
1491
1492     static RKISS rk;
1493
1494     // PRNG sequence should be not deterministic
1495     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1496         rk.rand<unsigned>();
1497
1498     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1499     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1500     int weakness = 120 - 2 * level;
1501     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1502     best = MOVE_NONE;
1503
1504     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1505     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1506     // then we choose the move with the resulting highest score.
1507     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1508     {
1509         int s = RootMoves[i].score;
1510
1511         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1512         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1513             break;
1514
1515         // This is our magic formula
1516         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1517               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1518
1519         if (s > max_s)
1520         {
1521             max_s = s;
1522             best = RootMoves[i].pv[0];
1523         }
1524     }
1525     return best;
1526   }
1527
1528
1529   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1530   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1531   // the previous search score.
1532
1533   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1534
1535     std::stringstream s;
1536     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1537     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1538     int selDepth = 0;
1539
1540     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1541         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1542             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1543
1544     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1545     {
1546         bool updated = (i <= PVIdx);
1547
1548         if (depth == 1 && !updated)
1549             continue;
1550
1551         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1552         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1553
1554         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1555             s << "\n";
1556
1557         s << "info depth " << d
1558           << " seldepth "  << selDepth
1559           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1560           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1561           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1562           << " time "      << elaspsed
1563           << " multipv "   << i + 1
1564           << " pv";
1565
1566         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1567             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1568     }
1569
1570     return s.str();
1571   }
1572
1573 } // namespace
1574
1575
1576 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1577 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1578 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1579 /// long PV to print that is important for position analysis.
1580
1581 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1582
1583   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1584   TTEntry* tte;
1585   int ply = 0;
1586   Move m = pv[0];
1587
1588   pv.clear();
1589
1590   do {
1591       pv.push_back(m);
1592
1593       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1594
1595       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1596       tte = TT.probe(pos.key());
1597
1598   } while (   tte
1599            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1600            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1601            && ply < MAX_PLY
1602            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1603
1604   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1605
1606   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1607 }
1608
1609
1610 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1611 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1612 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1613
1614 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1615
1616   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1617   TTEntry* tte;
1618   int ply = 0;
1619
1620   do {
1621       tte = TT.probe(pos.key());
1622
1623       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1624           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1625
1626       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1627
1628       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1629
1630   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1631
1632   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1633 }
1634
1635
1636 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1637
1638 void Thread::idle_loop() {
1639
1640   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1641   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1642   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1643
1644   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1645
1646   while (true)
1647   {
1648       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1649       // wasting CPU time polling for work.
1650       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1651       {
1652           if (exit)
1653           {
1654               assert(!this_sp);
1655               return;
1656           }
1657
1658           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1659           mutex.lock();
1660
1661           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1662           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1663           {
1664               mutex.unlock();
1665               break;
1666           }
1667
1668           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1669           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1670           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1671           // we had the chance to grab the lock.
1672           if (!searching && !exit)
1673               sleepCondition.wait(mutex);
1674
1675           mutex.unlock();
1676       }
1677
1678       // If this thread has been assigned work, launch a search
1679       if (searching)
1680       {
1681           assert(!exit);
1682
1683           Threads.mutex.lock();
1684
1685           assert(searching);
1686           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1687
1688           Threads.mutex.unlock();
1689
1690           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1691           Position pos(*sp->pos, this);
1692
1693           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1694           (ss+1)->splitPoint = sp;
1695
1696           sp->mutex.lock();
1697
1698           assert(activePosition == NULL);
1699
1700           activePosition = &pos;
1701
1702           switch (sp->nodeType) {
1703           case Root:
1704               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1705               break;
1706           case PV:
1707               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1708               break;
1709           case NonPV:
1710               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1711               break;
1712           default:
1713               assert(false);
1714           }
1715
1716           assert(searching);
1717
1718           searching = false;
1719           activePosition = NULL;
1720           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1721           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1722
1723           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1724           // in case we are the last slave of the split point.
1725           if (    Threads.sleepWhileIdle
1726               &&  this != sp->masterThread
1727               && !sp->slavesMask)
1728           {
1729               assert(!sp->masterThread->searching);
1730               sp->masterThread->notify_one();
1731           }
1732
1733           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1734           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1735           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1736           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1737           sp->mutex.unlock();
1738       }
1739
1740       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1741       // their work at this split point, return from the idle loop.
1742       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1743       {
1744           this_sp->mutex.lock();
1745           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1746           this_sp->mutex.unlock();
1747           if (finished)
1748               return;
1749       }
1750   }
1751 }
1752
1753
1754 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1755 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1756 /// available time and so stop the search.
1757
1758 void check_time() {
1759
1760   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1761   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1762
1763   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1764   {
1765       lastInfoTime = Time::now();
1766       dbg_print();
1767   }
1768
1769   if (Limits.ponder)
1770       return;
1771
1772   if (Limits.nodes)
1773   {
1774       Threads.mutex.lock();
1775
1776       nodes = RootPos.nodes_searched();
1777
1778       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1779       // all the currently active positions nodes.
1780       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1781           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1782           {
1783               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1784
1785               sp.mutex.lock();
1786
1787               nodes += sp.nodes;
1788               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1789               while (sm)
1790               {
1791                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1792                   if (pos)
1793                       nodes += pos->nodes_searched();
1794               }
1795
1796               sp.mutex.unlock();
1797           }
1798
1799       Threads.mutex.unlock();
1800   }
1801
1802   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1803   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1804                          && !Signals.failedLowAtRoot
1805                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1806
1807   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1808                    || stillAtFirstMove;
1809
1810   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1811       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1812       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1813       Signals.stop = true;
1814 }