Don't read eval from TT anymore
[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) 2008-2012 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 "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
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(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
103   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
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.startpos_ply_counter(), 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.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
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 * MaterialTable::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   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
410         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
411             bestMoveNeverChanged = false;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
417
418             // Take in account some extra time if the best move has changed
419             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
420                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
421
422             // Stop search if most of available time is already consumed. We
423             // probably don't have enough time to search the first move at the
424             // next iteration anyway.
425             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
426                 stop = true;
427
428             // Stop search early if one move seems to be much better than others
429             if (    depth >= 12
430                 && !stop
431                 &&  PVSize == 1
432                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
433                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
434             {
435                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
436                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
437                 (ss+1)->skipNullMove = true;
438                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
439                 (ss+1)->skipNullMove = false;
440                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
441
442                 if (v < rBeta)
443                     stop = true;
444             }
445
446             if (stop)
447             {
448                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
449                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
450                 if (Limits.ponder)
451                     Signals.stopOnPonderhit = true;
452                 else
453                     Signals.stop = true;
454             }
455         }
456     }
457   }
458
459
460   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
461   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
462   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
463   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
464   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
465   // here: This is taken care of after we return from the split point.
466
467   template <NodeType NT>
468   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
469
470     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
472     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
473
474     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
475     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
476     assert(depth > DEPTH_ZERO);
477
478     Move movesSearched[64];
479     StateInfo st;
480     const TTEntry *tte;
481     SplitPoint* sp;
482     Key posKey;
483     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
484     Depth ext, newDepth;
485     Value bestValue, value, ttValue;
486     Value eval, nullValue, futilityValue;
487     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
488     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
489     int moveCount, playedMoveCount;
490
491     // Step 1. Initialize node
492     Thread* thisThread = pos.this_thread();
493     moveCount = playedMoveCount = 0;
494     inCheck = pos.in_check();
495
496     if (SpNode)
497     {
498         sp = ss->sp;
499         bestMove   = sp->bestMove;
500         threatMove = sp->threatMove;
501         bestValue  = sp->bestValue;
502         tte = NULL;
503         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
504         ttValue = VALUE_NONE;
505
506         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
507
508         goto split_point_start;
509     }
510
511     bestValue = -VALUE_INFINITE;
512     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
513     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
514     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
515     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
516
517     // Used to send selDepth info to GUI
518     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
519         thisThread->maxPly = ss->ply;
520
521     if (!RootNode)
522     {
523         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
524         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
525             return DrawValue[pos.side_to_move()];
526
527         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
528         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
529         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
530         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
531         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
532         // in this case return a fail-high score.
533         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
534         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     // Step 4. Transposition table lookup
540     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
541     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
542     excludedMove = ss->excludedMove;
543     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
544     tte = TT.probe(posKey);
545     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
546     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
547
548     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
549     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
550     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
551     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
552     if (   !RootNode
553         && tte
554         && tte->depth() >= depth
555         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
556         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
557             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
558                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
559     {
560         TT.refresh(tte);
561         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
562
563         if (    ttValue >= beta
564             &&  ttMove
565             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
566             &&  ttMove != ss->killers[0])
567         {
568             ss->killers[1] = ss->killers[0];
569             ss->killers[0] = ttMove;
570         }
571         return ttValue;
572     }
573
574     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
575     if (inCheck)
576         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
577     else
578     {
579         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
580
581         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
582         if (tte && ttValue != VALUE_NONE)
583         {
584             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
585                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
586                 eval = ttValue;
587         }
588
589         if (!tte)
590             TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
591                      ss->staticEval, ss->evalMargin);
592     }
593
594     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
595     // evaluation before and after the move.
596     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
597         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
598         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
599         && !pos.captured_piece_type()
600         &&  type_of(move) == NORMAL)
601     {
602         Square to = to_sq(move);
603         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
604     }
605
606     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
607     if (   !PvNode
608         &&  depth < 4 * ONE_PLY
609         && !inCheck
610         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
611         &&  ttMove == MOVE_NONE
612         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
613         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
614     {
615         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
616         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
617         if (v < rbeta)
618             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
619             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
620             return v;
621     }
622
623     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
624     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
625     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
626     if (   !PvNode
627         && !ss->skipNullMove
628         &&  depth < 4 * ONE_PLY
629         && !inCheck
630         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
631         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
632         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
633         return eval - FutilityMargins[depth][0];
634
635     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
636     if (   !PvNode
637         && !ss->skipNullMove
638         &&  depth > ONE_PLY
639         && !inCheck
640         &&  eval >= beta
641         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
642         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
643     {
644         ss->currentMove = MOVE_NULL;
645
646         // Null move dynamic reduction based on depth
647         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
648
649         // Null move dynamic reduction based on value
650         if (eval - PawnValueMg > beta)
651             R += ONE_PLY;
652
653         pos.do_null_move<true>(st);
654         (ss+1)->skipNullMove = true;
655         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
656                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
657         (ss+1)->skipNullMove = false;
658         pos.do_null_move<false>(st);
659
660         if (nullValue >= beta)
661         {
662             // Do not return unproven mate scores
663             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
664                 nullValue = beta;
665
666             if (depth < 6 * ONE_PLY)
667                 return nullValue;
668
669             // Do verification search at high depths
670             ss->skipNullMove = true;
671             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
672             ss->skipNullMove = false;
673
674             if (v >= beta)
675                 return nullValue;
676         }
677         else
678         {
679             // The null move failed low, which means that we may be faced with
680             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
681             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
682             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
683             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
684             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
685             threatMove = (ss+1)->currentMove;
686
687             if (   depth < 5 * ONE_PLY
688                 && (ss-1)->reduction
689                 && threatMove != MOVE_NONE
690                 && yields_to_threat(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
691                 return beta - 1;
692         }
693     }
694
695     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
696     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
697     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
698     // prune the previous move.
699     if (   !PvNode
700         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
701         && !inCheck
702         && !ss->skipNullMove
703         &&  excludedMove == MOVE_NONE
704         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
705     {
706         Value rbeta = beta + 200;
707         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
708
709         assert(rdepth >= ONE_PLY);
710         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
711         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
712
713         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
714         CheckInfo ci(pos);
715
716         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
717             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
718             {
719                 ss->currentMove = move;
720                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
721                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
722                 pos.undo_move(move);
723                 if (value >= rbeta)
724                     return value;
725             }
726     }
727
728     // Step 10. Internal iterative deepening
729     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
730         && ttMove == MOVE_NONE
731         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
732     {
733         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
734
735         ss->skipNullMove = true;
736         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
737         ss->skipNullMove = false;
738
739         tte = TT.probe(posKey);
740         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
741     }
742
743 split_point_start: // At split points actual search starts from here
744
745     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
746     CheckInfo ci(pos);
747     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
748     singularExtensionNode =   !RootNode
749                            && !SpNode
750                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
751                            &&  ttMove != MOVE_NONE
752                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
753                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
754                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
755
756     // Step 11. Loop through moves
757     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
758     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
759     {
760       assert(is_ok(move));
761
762       if (move == excludedMove)
763           continue;
764
765       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
766       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
767       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
768       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
769           continue;
770
771       if (SpNode)
772       {
773           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
774           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
775               continue;
776
777           moveCount = ++sp->moveCount;
778           sp->mutex.unlock();
779       }
780       else
781           moveCount++;
782
783       if (RootNode)
784       {
785           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
786
787           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
788               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
789                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
790                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
791       }
792
793       ext = DEPTH_ZERO;
794       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
795       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
796       dangerous =   givesCheck
797                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
798                  || type_of(move) == CASTLE
799                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
800                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
801                      && type_of(move) == NORMAL
802                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
803                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
804
805       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
806       if (PvNode && dangerous)
807           ext = ONE_PLY;
808
809       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
810           ext = ONE_PLY / 2;
811
812       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
813       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
814       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
815       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
816       // a margin then we extend ttMove.
817       if (    singularExtensionNode
818           &&  move == ttMove
819           && !ext
820           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
821           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
822       {
823           assert(ttValue != VALUE_NONE);
824
825           Value rBeta = ttValue - int(depth);
826           ss->excludedMove = move;
827           ss->skipNullMove = true;
828           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
829           ss->skipNullMove = false;
830           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
831
832           if (value < rBeta)
833               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
834       }
835
836       // Update current move (this must be done after singular extension search)
837       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
838
839       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
840       if (   !PvNode
841           && !captureOrPromotion
842           && !inCheck
843           && !dangerous
844           &&  move != ttMove
845           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
846                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
847       {
848           // Move count based pruning
849           if (   depth < 16 * ONE_PLY
850               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
851               && (!threatMove || !prevents_threat(pos, move, threatMove)))
852           {
853               if (SpNode)
854                   sp->mutex.lock();
855
856               continue;
857           }
858
859           // Value based pruning
860           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
861           // but fixing this made program slightly weaker.
862           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
863           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
864                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
865
866           if (futilityValue < beta)
867           {
868               if (SpNode)
869                   sp->mutex.lock();
870
871               continue;
872           }
873
874           // Prune moves with negative SEE at low depths
875           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
876               && pos.see_sign(move) < 0)
877           {
878               if (SpNode)
879                   sp->mutex.lock();
880
881               continue;
882           }
883       }
884
885       // Check for legality only before to do the move
886       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
887       {
888           moveCount--;
889           continue;
890       }
891
892       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
893       ss->currentMove = move;
894       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
895           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
896
897       // Step 14. Make the move
898       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
899
900       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
901       // re-searched at full depth.
902       if (    depth > 3 * ONE_PLY
903           && !pvMove
904           && !captureOrPromotion
905           && !dangerous
906           &&  ss->killers[0] != move
907           &&  ss->killers[1] != move)
908       {
909           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
910           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
911           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
912
913           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
914
915           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
916           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
917       }
918       else
919           doFullDepthSearch = !pvMove;
920
921       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
922       if (doFullDepthSearch)
923       {
924           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
925           value = newDepth < ONE_PLY ?
926                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
927                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
928                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
929       }
930
931       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
932       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
933       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
934       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
935           value = newDepth < ONE_PLY ?
936                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
938                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
939       // Step 17. Undo move
940       pos.undo_move(move);
941
942       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
943
944       // Step 18. Check for new best move
945       if (SpNode)
946       {
947           sp->mutex.lock();
948           bestValue = sp->bestValue;
949           alpha = sp->alpha;
950       }
951
952       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
953       // was aborted because the user interrupted the search or because we
954       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
955       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
956       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
957           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
958
959       if (RootNode)
960       {
961           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
962
963           // PV move or new best move ?
964           if (pvMove || value > alpha)
965           {
966               rm.score = value;
967               rm.extract_pv_from_tt(pos);
968
969               // We record how often the best move has been changed in each
970               // iteration. This information is used for time management: When
971               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
972               if (!pvMove)
973                   BestMoveChanges++;
974           }
975           else
976               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
977               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
978               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
979               rm.score = -VALUE_INFINITE;
980       }
981
982       if (value > bestValue)
983       {
984           bestValue = value;
985           if (SpNode) sp->bestValue = value;
986
987           if (value > alpha)
988           {
989               bestMove = move;
990               if (SpNode) sp->bestMove = move;
991
992               if (PvNode && value < beta)
993               {
994                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
995                   if (SpNode) sp->alpha = value;
996               }
997               else
998               {
999                   assert(value >= beta); // Fail high
1000
1001                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1002                   break;
1003               }
1004           }
1005       }
1006
1007       // Step 19. Check for splitting the search
1008       if (   !SpNode
1009           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1010           &&  bestValue < beta
1011           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1012       {
1013           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1014                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1015           if (bestValue >= beta)
1016               break;
1017       }
1018     }
1019
1020     if (SpNode)
1021         return bestValue;
1022
1023     // Step 20. Check for mate and stalemate
1024     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1025     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1026     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1027     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1028     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1029     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1030     if (!moveCount)
1031         return  excludedMove ? alpha
1032               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1033
1034     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1035     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1036     {
1037         assert(!playedMoveCount);
1038
1039         bestValue = alpha;
1040     }
1041
1042     if (bestValue >= beta) // Failed high
1043     {
1044         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1045                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1046
1047         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1048         {
1049             if (bestMove != ss->killers[0])
1050             {
1051                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1052                 ss->killers[0] = bestMove;
1053             }
1054
1055             // Increase history value of the cut-off move
1056             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1057             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1058
1059             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1060             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1061             {
1062                 Move m = movesSearched[i];
1063                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1064             }
1065         }
1066     }
1067     else // Failed low or PV search
1068         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1069                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1070                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1071
1072     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1073
1074     return bestValue;
1075   }
1076
1077
1078   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1079   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1080   // less than ONE_PLY).
1081
1082   template <NodeType NT, bool InCheck>
1083   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1084
1085     const bool PvNode = (NT == PV);
1086
1087     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1088     assert(InCheck == pos.in_check());
1089     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1090     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1091     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1092
1093     StateInfo st;
1094     const TTEntry* tte;
1095     Key posKey;
1096     Move ttMove, move, bestMove;
1097     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1098     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1099     Depth ttDepth;
1100
1101     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1102     if (PvNode)
1103         oldAlpha = alpha;
1104
1105     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1106     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1107
1108     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1109     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1110         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1111
1112     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1113     // pruning, but only for move ordering.
1114     posKey = pos.key();
1115     tte = TT.probe(posKey);
1116     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1117     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1118
1119     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1120     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1121     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1122     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1123                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1124     if (   tte
1125         && tte->depth() >= ttDepth
1126         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1127         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1128             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1129                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1130     {
1131         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1132         return ttValue;
1133     }
1134
1135     // Evaluate the position statically
1136     if (InCheck)
1137     {
1138         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1139         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1140         enoughMaterial = false;
1141     }
1142     else
1143     {
1144         ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1145
1146         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1147         if (bestValue >= beta)
1148         {
1149             if (!tte)
1150                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1151                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1152
1153             return bestValue;
1154         }
1155
1156         if (PvNode && bestValue > alpha)
1157             alpha = bestValue;
1158
1159         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1160         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1161     }
1162
1163     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1164     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1165     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1166     // be generated.
1167     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1168     CheckInfo ci(pos);
1169
1170     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1171     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1172     {
1173       assert(is_ok(move));
1174
1175       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1176
1177       // Futility pruning
1178       if (   !PvNode
1179           && !InCheck
1180           && !givesCheck
1181           &&  move != ttMove
1182           &&  enoughMaterial
1183           &&  type_of(move) != PROMOTION
1184           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1185       {
1186           futilityValue =  futilityBase
1187                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1188                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1189
1190           if (futilityValue < beta)
1191           {
1192               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1193               continue;
1194           }
1195
1196           // Prune moves with negative or equal SEE
1197           if (   futilityBase < beta
1198               && depth < DEPTH_ZERO
1199               && pos.see(move) <= 0)
1200           {
1201               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1202               continue;
1203           }
1204       }
1205
1206       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1207       evasionPrunable =   !PvNode
1208                        &&  InCheck
1209                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1210                        && !pos.is_capture(move)
1211                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1212
1213       // Don't search moves with negative SEE values
1214       if (   !PvNode
1215           && (!InCheck || evasionPrunable)
1216           &&  move != ttMove
1217           &&  type_of(move) != PROMOTION
1218           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1219           continue;
1220
1221       // Don't search useless checks
1222       if (   !PvNode
1223           && !InCheck
1224           &&  givesCheck
1225           &&  move != ttMove
1226           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1227           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1228           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1229           continue;
1230
1231       // Check for legality only before to do the move
1232       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1233           continue;
1234
1235       ss->currentMove = move;
1236
1237       // Make and search the move
1238       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1239       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1240                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1241       pos.undo_move(move);
1242
1243       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1244
1245       // Check for new best move
1246       if (value > bestValue)
1247       {
1248           bestValue = value;
1249
1250           if (value > alpha)
1251           {
1252               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1253               {
1254                   alpha = value;
1255                   bestMove = move;
1256               }
1257               else // Fail high
1258               {
1259                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1260                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1261
1262                   return value;
1263               }
1264           }
1265        }
1266     }
1267
1268     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1269     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1270     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1271         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1272
1273     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1274              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1275              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1276
1277     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1278
1279     return bestValue;
1280   }
1281
1282
1283   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1284   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1285   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1286
1287   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1288
1289     assert(v != VALUE_NONE);
1290
1291     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1292           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1293   }
1294
1295
1296   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1297   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1298   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1299
1300   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1301
1302     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1303           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1304           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1305   }
1306
1307
1308   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1309
1310   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1311   {
1312     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1313     Square from = from_sq(move);
1314     Square to = to_sq(move);
1315     Color them = ~pos.side_to_move();
1316     Square ksq = pos.king_square(them);
1317     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1318     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1319     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1320     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1321     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1322
1323     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1324     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1325         return true;
1326
1327     // Queen contact check is very dangerous
1328     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1329         return true;
1330
1331     // Creating new double threats with checks is dangerous
1332     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1333     while (b)
1334     {
1335         // Note that here we generate illegal "double move"!
1336         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1337             return true;
1338     }
1339
1340     return false;
1341   }
1342
1343
1344   // yields_to_threat() tests whether the move at previous ply yields to the so
1345   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1346   // low). Here 'yields to' means that the move somehow made the threat possible
1347   // for instance if the moving piece is the same in both moves.
1348
1349   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1350
1351     assert(is_ok(move));
1352     assert(is_ok(threat));
1353     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(threat))) == ~pos.side_to_move());
1354
1355     Square mfrom = from_sq(move);
1356     Square mto = to_sq(move);
1357     Square tfrom = from_sq(threat);
1358     Square tto = to_sq(threat);
1359
1360     // The piece is the same or threat's destination was vacated by the move
1361     if (mto == tfrom || tto == mfrom)
1362         return true;
1363
1364     // Threat moves through the vacated square
1365     if (between_bb(tfrom, tto) & mfrom)
1366       return true;
1367
1368     // Threat's destination is defended by the move's piece
1369     Bitboard matt = pos.attacks_from(pos.piece_on(mto), mto, pos.pieces() ^ tfrom);
1370     if (matt & tto)
1371         return true;
1372
1373     // Threat gives a discovered check through the move's checking piece
1374     if (matt & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1375     {
1376         assert(between_bb(mto, pos.king_square(pos.side_to_move())) & tfrom);
1377         return true;
1378     }
1379
1380     return false;
1381   }
1382
1383
1384   // prevents_threat() tests whether a move is able to defend against the so
1385   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1386   // low). In this case will not be pruned.
1387
1388   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1389
1390     assert(is_ok(move));
1391     assert(is_ok(threat));
1392     assert(!pos.is_capture_or_promotion(move));
1393     assert(!pos.is_passed_pawn_push(move));
1394
1395     Square mfrom = from_sq(move);
1396     Square mto = to_sq(move);
1397     Square tfrom = from_sq(threat);
1398     Square tto = to_sq(threat);
1399
1400     // Don't prune moves of the threatened piece
1401     if (mfrom == tto)
1402         return true;
1403
1404     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1405     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1406     if (    pos.is_capture(threat)
1407         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1408             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING))
1409     {
1410         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1411         Bitboard occ = pos.pieces() ^ mfrom ^ mto ^ tfrom;
1412         Piece piece = pos.piece_on(mfrom);
1413
1414         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1415         if (pos.attacks_from(piece, mto, occ) & tto)
1416             return true;
1417
1418         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1419         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1420                        | (attacks_bb<BISHOP>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1421
1422         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1423         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(tto))))
1424             return true;
1425     }
1426
1427     // Don't prune safe moves which block the threat path
1428     if ((between_bb(tfrom, tto) & mto) && pos.see_sign(move) >= 0)
1429         return true;
1430
1431     return false;
1432   }
1433
1434
1435   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1436   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1437
1438   Move Skill::pick_move() {
1439
1440     static RKISS rk;
1441
1442     // PRNG sequence should be not deterministic
1443     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1444         rk.rand<unsigned>();
1445
1446     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1447     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1448     int weakness = 120 - 2 * level;
1449     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1450     best = MOVE_NONE;
1451
1452     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1453     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1454     // then we choose the move with the resulting highest score.
1455     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1456     {
1457         int s = RootMoves[i].score;
1458
1459         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1460         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1461             break;
1462
1463         // This is our magic formula
1464         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1465               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1466
1467         if (s > max_s)
1468         {
1469             max_s = s;
1470             best = RootMoves[i].pv[0];
1471         }
1472     }
1473     return best;
1474   }
1475
1476
1477   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1478   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1479   // the previous search score.
1480
1481   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1482
1483     std::stringstream s;
1484     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1485     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1486     int selDepth = 0;
1487
1488     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1489         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1490             selDepth = Threads[i].maxPly;
1491
1492     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1493     {
1494         bool updated = (i <= PVIdx);
1495
1496         if (depth == 1 && !updated)
1497             continue;
1498
1499         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1500         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1501
1502         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1503             s << "\n";
1504
1505         s << "info depth " << d
1506           << " seldepth "  << selDepth
1507           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1508           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1509           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1510           << " time "      << elaspsed
1511           << " multipv "   << i + 1
1512           << " pv";
1513
1514         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1515             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1516     }
1517
1518     return s.str();
1519   }
1520
1521 } // namespace
1522
1523
1524 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1525 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1526 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1527 /// long PV to print that is important for position analysis.
1528
1529 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1530
1531   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1532   TTEntry* tte;
1533   int ply = 0;
1534   Move m = pv[0];
1535
1536   pv.clear();
1537
1538   do {
1539       pv.push_back(m);
1540
1541       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1542       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1543       tte = TT.probe(pos.key());
1544
1545   } while (   tte
1546            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1547            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1548            && ply < MAX_PLY
1549            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1550
1551   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1552
1553   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1554 }
1555
1556
1557 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1558 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1559 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1560
1561 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1562
1563   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1564   TTEntry* tte;
1565   int ply = 0;
1566   Value v, m;
1567
1568   do {
1569       tte = TT.probe(pos.key());
1570
1571       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1572       {
1573           if (pos.in_check())
1574               v = m = VALUE_NONE;
1575           else
1576               v = evaluate(pos, m);
1577
1578           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
1579       }
1580
1581       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1582       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1583
1584   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1585
1586   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1587 }
1588
1589
1590 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1591
1592 void Thread::idle_loop() {
1593
1594   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1595   // object for which the thread is the master.
1596   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1597
1598   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1599
1600   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1601   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1602   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1603   {
1604       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1605       // instead of wasting CPU time polling for work.
1606       while (   do_sleep
1607              || do_exit
1608              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1609       {
1610           if (do_exit)
1611           {
1612               assert(!sp_master);
1613               return;
1614           }
1615
1616           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1617           mutex.lock();
1618
1619           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1620           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1621           {
1622               mutex.unlock();
1623               break;
1624           }
1625
1626           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1627           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1628           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1629           // had the chance to grab the lock.
1630           if (do_sleep || !is_searching)
1631               sleepCondition.wait(mutex);
1632
1633           mutex.unlock();
1634       }
1635
1636       // If this thread has been assigned work, launch a search
1637       if (is_searching)
1638       {
1639           assert(!do_sleep && !do_exit);
1640
1641           Threads.mutex.lock();
1642
1643           assert(is_searching);
1644           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1645
1646           Threads.mutex.unlock();
1647
1648           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1649           Position pos(*sp->pos, this);
1650
1651           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1652           (ss+1)->sp = sp;
1653
1654           sp->mutex.lock();
1655
1656           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1657
1658           sp->activePositions[idx] = &pos;
1659
1660           if (sp->nodeType == Root)
1661               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1662           else if (sp->nodeType == PV)
1663               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1664           else if (sp->nodeType == NonPV)
1665               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1666           else
1667               assert(false);
1668
1669           assert(is_searching);
1670
1671           is_searching = false;
1672           sp->activePositions[idx] = NULL;
1673           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1674           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1675
1676           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1677           // case we are the last slave of the split point.
1678           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1679               &&  this != sp->master
1680               && !sp->slavesMask)
1681           {
1682               assert(!sp->master->is_searching);
1683               sp->master->wake_up();
1684           }
1685
1686           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1687           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1688           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1689           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1690           sp->mutex.unlock();
1691       }
1692   }
1693 }
1694
1695
1696 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1697 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1698 /// available time and so stop the search.
1699
1700 void check_time() {
1701
1702   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1703   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1704
1705   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1706   {
1707       lastInfoTime = Time::now();
1708       dbg_print();
1709   }
1710
1711   if (Limits.ponder)
1712       return;
1713
1714   if (Limits.nodes)
1715   {
1716       Threads.mutex.lock();
1717
1718       nodes = RootPos.nodes_searched();
1719
1720       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1721       // all the currently active slaves positions.
1722       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1723           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1724           {
1725               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1726
1727               sp.mutex.lock();
1728
1729               nodes += sp.nodes;
1730               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1731               while (sm)
1732               {
1733                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1734                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1735               }
1736
1737               sp.mutex.unlock();
1738           }
1739
1740       Threads.mutex.unlock();
1741   }
1742
1743   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1744   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1745                          && !Signals.failedLowAtRoot
1746                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1747
1748   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1749                    || stillAtFirstMove;
1750
1751   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1752       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1753       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1754       Signals.stop = true;
1755 }