7fcf4bcbf18f4b1ec335133d63b580c465c8a19b
[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   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool 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 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   size_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
173   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
174 }
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Write Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232       Threads[i]->maxPly = 0;
233
234   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   Threads.timer->msec =
239   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
240                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
241                                : 100;
242
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Write Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When search is stopped this info is not printed
268   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
269             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
270
271   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
272   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
273   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
274   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
275   // raise Signals.stop).
276   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
277   {
278       Signals.stopOnPonderhit = true;
279       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
280   }
281
282   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
283   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
284             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
285             << sync_endl;
286 }
287
288
289 namespace {
290
291   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
292   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
293   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
294
295   void id_loop(Position& pos) {
296
297     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
298     int depth, prevBestMoveChanges;
299     Value bestValue, alpha, beta, delta;
300
301     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
302     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
303
304     depth = BestMoveChanges = 0;
305     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
306     beta = VALUE_INFINITE;
307
308     TT.new_search();
309     History.clear();
310     Gains.clear();
311     Countermoves.clear();
312
313     PVSize = Options["MultiPV"];
314     Skill skill(Options["Skill Level"]);
315
316     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
317     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
318     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
319         PVSize = 4;
320
321     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
322
323     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
324     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
325     {
326         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
327         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
328         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
329             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
330
331         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
332         BestMoveChanges = 0;
333
334         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
335         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
336         {
337             // Reset aspiration window starting size
338             if (depth >= 5)
339             {
340                 delta = Value(16);
341                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
342                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
343             }
344
345             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
346             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
347             while (true)
348             {
349                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
350
351                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
352                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
353                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
354                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
355                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
356                 // the already searched PV lines are preserved.
357                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
358
359                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
360                 // entries have been overwritten during the search.
361                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
362                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
363
364                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
365                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
366                 // valid, although refers to previous iteration.
367                 if (Signals.stop)
368                     return;
369
370                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
371                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
372                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
373
374                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
375                 // research, otherwise exit the loop.
376                 if (bestValue <= alpha)
377                 {
378                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
379
380                     Signals.failedLowAtRoot = true;
381                     Signals.stopOnPonderhit = false;
382                 }
383                 else if (bestValue >= beta)
384                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
385
386                 else
387                     break;
388
389                 delta += delta / 2;
390
391                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
392             }
393
394             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
395             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
396
397             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
398                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
399         }
400
401         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
402         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
403             skill.pick_move();
404
405         if (Options["Write Search Log"])
406         {
407             RootMove& rm = RootMoves[0];
408             if (skill.best != MOVE_NONE)
409                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
410
411             Log log(Options["Search Log Filename"]);
412             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
413                 << std::endl;
414         }
415
416         // Do we have found a "mate in x"?
417         if (   Limits.mate
418             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
419             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
420             Signals.stop = true;
421
422         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
423         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
424         {
425             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
426
427             // Take in account some extra time if the best move has changed
428             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
429                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
430
431             // Stop search if most of available time is already consumed. We
432             // probably don't have enough time to search the first move at the
433             // next iteration anyway.
434             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
435                 stop = true;
436
437             // Stop search early if one move seems to be much better than others
438             if (    depth >= 12
439                 && !stop
440                 &&  PVSize == 1
441                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
442                 && (   RootMoves.size() == 1
443                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
444             {
445                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
446                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
447                 ss->skipNullMove = true;
448                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
449                 ss->skipNullMove = false;
450                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
451
452                 if (v < rBeta)
453                     stop = true;
454             }
455
456             if (stop)
457             {
458                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
459                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
460                 if (Limits.ponder)
461                     Signals.stopOnPonderhit = true;
462                 else
463                     Signals.stop = true;
464             }
465         }
466     }
467   }
468
469
470   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
471   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
472   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
473   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
474   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
475   // here: This is taken care of after we return from the split point.
476
477   template <NodeType NT>
478   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
479
480     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
482     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
483
484     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
485     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
486     assert(depth > DEPTH_ZERO);
487
488     Move quietsSearched[64];
489     StateInfo st;
490     const TTEntry *tte;
491     SplitPoint* splitPoint;
492     Key posKey;
493     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
494     Depth ext, newDepth;
495     Value bestValue, value, ttValue;
496     Value eval, nullValue, futilityValue;
497     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
498     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
499     int moveCount, quietCount;
500
501     // Step 1. Initialize node
502     Thread* thisThread = pos.this_thread();
503     moveCount = quietCount = 0;
504     inCheck = pos.checkers();
505
506     if (SpNode)
507     {
508         splitPoint = ss->splitPoint;
509         bestMove   = splitPoint->bestMove;
510         threatMove = splitPoint->threatMove;
511         bestValue  = splitPoint->bestValue;
512         tte = NULL;
513         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
514         ttValue = VALUE_NONE;
515
516         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
517
518         goto moves_loop;
519     }
520
521     bestValue = -VALUE_INFINITE;
522     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
523     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
524     ss->futilityMoveCount = 0;
525     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
526     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
527
528     // Used to send selDepth info to GUI
529     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
530         thisThread->maxPly = ss->ply;
531
532     if (!RootNode)
533     {
534         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
535         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
536             return DrawValue[pos.side_to_move()];
537
538         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
539         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
540         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
541         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
542         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
543         // in this case return a fail-high score.
544         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
545         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     // Step 4. Transposition table lookup
551     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
552     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
553     excludedMove = ss->excludedMove;
554     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
555     tte = TT.probe(posKey);
556     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
557     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
558
559     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
560     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
561     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
562     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
563     if (   !RootNode
564         && tte
565         && tte->depth() >= depth
566         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
567         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
568             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
569                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
570     {
571         TT.refresh(tte);
572         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
573
574         if (    ttValue >= beta
575             &&  ttMove
576             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
577             &&  ttMove != ss->killers[0])
578         {
579             ss->killers[1] = ss->killers[0];
580             ss->killers[0] = ttMove;
581         }
582         return ttValue;
583     }
584
585     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
586     if (inCheck)
587     {
588         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
589         goto moves_loop;
590     }
591
592     else if (tte)
593     {
594         // Never assume anything on values stored in TT
595         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
596             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
597             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
598
599         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
600         if (ttValue != VALUE_NONE)
601             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
602                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
603                 eval = ttValue;
604     }
605     else
606     {
607         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
608         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
609                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
610     }
611
612     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
613     // evaluation before and after the move.
614     if (   !pos.captured_piece_type()
615         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
616         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
617         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
618         &&  type_of(move) == NORMAL)
619     {
620         Square to = to_sq(move);
621         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
622     }
623
624     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
625     if (   !PvNode
626         &&  depth < 4 * ONE_PLY
627         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
628         &&  ttMove == MOVE_NONE
629         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
630         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
631     {
632         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
633         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
634         if (v < rbeta)
635             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
636             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
637             return v;
638     }
639
640     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
641     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
642     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
643     if (   !PvNode
644         && !ss->skipNullMove
645         &&  depth < 4 * ONE_PLY
646         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
647         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
648         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
649         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
650         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
651
652     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth > ONE_PLY
656         &&  eval >= beta
657         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
658         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
659     {
660         ss->currentMove = MOVE_NULL;
661
662         // Null move dynamic reduction based on depth
663         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
664
665         // Null move dynamic reduction based on value
666         if (eval - PawnValueMg > beta)
667             R += ONE_PLY;
668
669         pos.do_null_move(st);
670         (ss+1)->skipNullMove = true;
671         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
672                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
673         (ss+1)->skipNullMove = false;
674         pos.undo_null_move();
675
676         if (nullValue >= beta)
677         {
678             // Do not return unproven mate scores
679             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
680                 nullValue = beta;
681
682             if (depth < 12 * ONE_PLY)
683                 return nullValue;
684
685             // Do verification search at high depths
686             ss->skipNullMove = true;
687             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
688             ss->skipNullMove = false;
689
690             if (v >= beta)
691                 return nullValue;
692         }
693         else
694         {
695             // The null move failed low, which means that we may be faced with
696             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
697             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
698             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
699             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
700             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
701             threatMove = (ss+1)->currentMove;
702
703             if (   depth < 5 * ONE_PLY
704                 && (ss-1)->reduction
705                 && threatMove != MOVE_NONE
706                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
707                 return alpha;
708         }
709     }
710
711     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
712     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
713     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
714     // prune the previous move.
715     if (   !PvNode
716         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
717         && !ss->skipNullMove
718         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
719     {
720         Value rbeta = beta + 200;
721         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
722
723         assert(rdepth >= ONE_PLY);
724         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
725         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
726
727         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
728         CheckInfo ci(pos);
729
730         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
731             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
732             {
733                 ss->currentMove = move;
734                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
735                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
736                 pos.undo_move(move);
737                 if (value >= rbeta)
738                     return value;
739             }
740     }
741
742     // Step 10. Internal iterative deepening
743     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
744         && ttMove == MOVE_NONE
745         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
746     {
747         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
748
749         ss->skipNullMove = true;
750         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
751         ss->skipNullMove = false;
752
753         tte = TT.probe(posKey);
754         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
755     }
756
757 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
758
759     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
760     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
761                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
762
763     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
764     CheckInfo ci(pos);
765     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
766     singularExtensionNode =   !RootNode
767                            && !SpNode
768                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
769                            &&  ttMove != MOVE_NONE
770                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
771                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
772                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
773
774     // Step 11. Loop through moves
775     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
776     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
777     {
778       assert(is_ok(move));
779
780       if (move == excludedMove)
781           continue;
782
783       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
784       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
785       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
786       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
787           continue;
788
789       if (SpNode)
790       {
791           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
792           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
793               continue;
794
795           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
796           splitPoint->mutex.unlock();
797       }
798       else
799           moveCount++;
800
801       if (RootNode)
802       {
803           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
804
805           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
806               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
807                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
808                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
809       }
810
811       ext = DEPTH_ZERO;
812       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
813       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
814       dangerous =   givesCheck
815                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
816                  || type_of(move) == CASTLE;
817
818       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
819       if (PvNode && dangerous)
820           ext = ONE_PLY;
821
822       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
823           ext = ONE_PLY / 2;
824
825       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
826       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
827       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
828       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
829       // a margin then we extend ttMove.
830       if (    singularExtensionNode
831           &&  move == ttMove
832           && !ext
833           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
834           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
835       {
836           assert(ttValue != VALUE_NONE);
837
838           Value rBeta = ttValue - int(depth);
839           ss->excludedMove = move;
840           ss->skipNullMove = true;
841           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
842           ss->skipNullMove = false;
843           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
844
845           if (value < rBeta)
846               ext = ONE_PLY;
847       }
848
849       // Update current move (this must be done after singular extension search)
850       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
851
852       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
853       if (   !PvNode
854           && !captureOrPromotion
855           && !inCheck
856           && !dangerous
857        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
858           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
859       {
860           // Move count based pruning
861           if (   depth < 16 * ONE_PLY
862               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
863               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
864           {
865               if (SpNode)
866                   splitPoint->mutex.lock();
867
868               continue;
869           }
870
871           // Value based pruning
872           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
873           // but fixing this made program slightly weaker.
874           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
875           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
876                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
877
878           if (futilityValue < beta)
879           {
880               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
881
882               if (SpNode)
883               {
884                   splitPoint->mutex.lock();
885                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
886                       splitPoint->bestValue = bestValue;
887               }
888               continue;
889           }
890
891           // Prune moves with negative SEE at low depths
892           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
893               && pos.see_sign(move) < 0)
894           {
895               if (SpNode)
896                   splitPoint->mutex.lock();
897
898               continue;
899           }
900
901           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
902           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
903           ss->futilityMoveCount = moveCount;
904       }
905       else
906           ss->futilityMoveCount = 0;
907
908       // Check for legality only before to do the move
909       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
910       {
911           moveCount--;
912           continue;
913       }
914
915       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
916       ss->currentMove = move;
917       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
918           quietsSearched[quietCount++] = move;
919
920       // Step 14. Make the move
921       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
922
923       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
924       // re-searched at full depth.
925       if (    depth > 3 * ONE_PLY
926           && !pvMove
927           && !captureOrPromotion
928           && !dangerous
929           &&  move != ttMove
930           &&  move != ss->killers[0]
931           &&  move != ss->killers[1])
932       {
933           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
934
935           if (!PvNode && cutNode)
936               ss->reduction += ONE_PLY;
937
938           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
939               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
940
941           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
942           if (SpNode)
943               alpha = splitPoint->alpha;
944
945           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
946
947           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
948           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
949       }
950       else
951           doFullDepthSearch = !pvMove;
952
953       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
954       if (doFullDepthSearch)
955       {
956           if (SpNode)
957               alpha = splitPoint->alpha;
958
959           value = newDepth < ONE_PLY ?
960                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
962                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
963       }
964
965       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
966       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
967       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
968       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
969           value = newDepth < ONE_PLY ?
970                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
971                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
972                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
973       // Step 17. Undo move
974       pos.undo_move(move);
975
976       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
977
978       // Step 18. Check for new best move
979       if (SpNode)
980       {
981           splitPoint->mutex.lock();
982           bestValue = splitPoint->bestValue;
983           alpha = splitPoint->alpha;
984       }
985
986       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
987       // was aborted because the user interrupted the search or because we
988       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
989       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
990       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
991           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
992
993       if (RootNode)
994       {
995           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
996
997           // PV move or new best move ?
998           if (pvMove || value > alpha)
999           {
1000               rm.score = value;
1001               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1002
1003               // We record how often the best move has been changed in each
1004               // iteration. This information is used for time management: When
1005               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1006               if (!pvMove)
1007                   BestMoveChanges++;
1008           }
1009           else
1010               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1011               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1012               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1013               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1014       }
1015
1016       if (value > bestValue)
1017       {
1018           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1019
1020           if (value > alpha)
1021           {
1022               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1023
1024               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1025                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1026               else
1027               {
1028                   assert(value >= beta); // Fail high
1029
1030                   if (SpNode)
1031                       splitPoint->cutoff = true;
1032
1033                   break;
1034               }
1035           }
1036       }
1037
1038       // Step 19. Check for splitting the search
1039       if (   !SpNode
1040           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1041           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1042           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1043       {
1044           assert(bestValue < beta);
1045
1046           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1047                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1048           if (bestValue >= beta)
1049               break;
1050       }
1051     }
1052
1053     if (SpNode)
1054         return bestValue;
1055
1056     // Step 20. Check for mate and stalemate
1057     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1058     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1059     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1060     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1061     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1062     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1063     if (!moveCount)
1064         return  excludedMove ? alpha
1065               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1066
1067     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1068     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1069         bestValue = alpha;
1070
1071     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1072              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1073              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1074              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1075
1076     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1077     if (    bestValue >= beta
1078         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1079         && !inCheck)
1080     {
1081         if (ss->killers[0] != bestMove)
1082         {
1083             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1084             ss->killers[0] = bestMove;
1085         }
1086
1087         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1088         // played non-capture moves.
1089         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1090         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1091         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1092         {
1093             Move m = quietsSearched[i];
1094             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1095         }
1096
1097         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1098             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1099     }
1100
1101     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1102
1103     return bestValue;
1104   }
1105
1106
1107   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1108   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1109   // less than ONE_PLY).
1110
1111   template <NodeType NT, bool InCheck>
1112   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1113
1114     const bool PvNode = (NT == PV);
1115
1116     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1117     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1118     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1119     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1120     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1121
1122     StateInfo st;
1123     const TTEntry* tte;
1124     Key posKey;
1125     Move ttMove, move, bestMove;
1126     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1127     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1128     Depth ttDepth;
1129
1130     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1131     if (PvNode)
1132         oldAlpha = alpha;
1133
1134     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1135     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1136
1137     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1138     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1139         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1140
1141     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1142     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1143     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1144     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1145                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1146
1147     // Transposition table lookup
1148     posKey = pos.key();
1149     tte = TT.probe(posKey);
1150     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1151     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1152
1153     if (   tte
1154         && tte->depth() >= ttDepth
1155         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1156         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1157             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1158                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1159     {
1160         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1161         return ttValue;
1162     }
1163
1164     // Evaluate the position statically
1165     if (InCheck)
1166     {
1167         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1168         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1169         enoughMaterial = false;
1170     }
1171     else
1172     {
1173         if (tte)
1174         {
1175             // Never assume anything on values stored in TT
1176             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1177                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1178                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1179         }
1180         else
1181             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1182
1183         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1184         if (bestValue >= beta)
1185         {
1186             if (!tte)
1187                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1188                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1189
1190             return bestValue;
1191         }
1192
1193         if (PvNode && bestValue > alpha)
1194             alpha = bestValue;
1195
1196         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1197         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1198     }
1199
1200     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1201     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1202     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1203     // be generated.
1204     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1205     CheckInfo ci(pos);
1206
1207     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1208     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1209     {
1210       assert(is_ok(move));
1211
1212       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1213
1214       // Futility pruning
1215       if (   !PvNode
1216           && !InCheck
1217           && !givesCheck
1218           &&  move != ttMove
1219           &&  enoughMaterial
1220           &&  type_of(move) != PROMOTION
1221           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1222       {
1223           futilityValue =  futilityBase
1224                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1225                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1226
1227           if (futilityValue < beta)
1228           {
1229               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1230               continue;
1231           }
1232
1233           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1234           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1235           if (   futilityBase < beta
1236               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1237           {
1238               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1239               continue;
1240           }
1241       }
1242
1243       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1244       evasionPrunable =   !PvNode
1245                        &&  InCheck
1246                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1247                        && !pos.is_capture(move)
1248                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1249
1250       // Don't search moves with negative SEE values
1251       if (   !PvNode
1252           && (!InCheck || evasionPrunable)
1253           &&  move != ttMove
1254           &&  type_of(move) != PROMOTION
1255           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1256           continue;
1257
1258       // Don't search useless checks
1259       if (   !PvNode
1260           && !InCheck
1261           &&  givesCheck
1262           &&  move != ttMove
1263           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1264           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1265           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1266           continue;
1267
1268       // Check for legality only before to do the move
1269       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1270           continue;
1271
1272       ss->currentMove = move;
1273
1274       // Make and search the move
1275       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1276       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1277                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1278       pos.undo_move(move);
1279
1280       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1281
1282       // Check for new best move
1283       if (value > bestValue)
1284       {
1285           bestValue = value;
1286
1287           if (value > alpha)
1288           {
1289               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1290               {
1291                   alpha = value;
1292                   bestMove = move;
1293               }
1294               else // Fail high
1295               {
1296                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1297                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1298
1299                   return value;
1300               }
1301           }
1302        }
1303     }
1304
1305     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1306     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1307     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1308         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1309
1310     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1311              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1312              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1313
1314     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1315
1316     return bestValue;
1317   }
1318
1319
1320   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1321   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1322   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1323
1324   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1325
1326     assert(v != VALUE_NONE);
1327
1328     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1329           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1330   }
1331
1332
1333   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1334   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1335   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1336
1337   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1338
1339     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1340           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1341           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1342   }
1343
1344
1345   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1346
1347   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1348   {
1349     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1350     Square from = from_sq(move);
1351     Square to = to_sq(move);
1352     Color them = ~pos.side_to_move();
1353     Square ksq = pos.king_square(them);
1354     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1355     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1356     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1357     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1358     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1359
1360     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1361     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1362         return true;
1363
1364     // Queen contact check is very dangerous
1365     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1366         return true;
1367
1368     // Creating new double threats with checks is dangerous
1369     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1370     while (b)
1371     {
1372         // Note that here we generate illegal "double move"!
1373         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1374             return true;
1375     }
1376
1377     return false;
1378   }
1379
1380
1381   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1382   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1383   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1384   // from a null search that fails low).
1385
1386   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1387
1388     assert(is_ok(first));
1389     assert(is_ok(second));
1390     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1391     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1392
1393     Square m1from = from_sq(first);
1394     Square m2from = from_sq(second);
1395     Square m1to = to_sq(first);
1396     Square m2to = to_sq(second);
1397
1398     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1399     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1400         return true;
1401
1402     // Second one moves through the square vacated by first one
1403     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1404       return true;
1405
1406     // Second's destination is defended by the first move's piece
1407     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1408     if (m1att & m2to)
1409         return true;
1410
1411     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1412     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1413     {
1414         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1415         return true;
1416     }
1417
1418     return false;
1419   }
1420
1421
1422   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1423   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1424   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1425
1426   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1427
1428     assert(is_ok(first));
1429     assert(is_ok(second));
1430
1431     Square m1from = from_sq(first);
1432     Square m2from = from_sq(second);
1433     Square m1to = to_sq(first);
1434     Square m2to = to_sq(second);
1435
1436     // Don't prune moves of the threatened piece
1437     if (m1from == m2to)
1438         return true;
1439
1440     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1441     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1442     if (    pos.is_capture(second)
1443         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1444             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1445     {
1446         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1447         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1448         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1449
1450         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1451         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1452             return true;
1453
1454         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1455         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1456                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1457
1458         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1459         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1460             return true;
1461     }
1462
1463     // Don't prune safe moves which block the threat path
1464     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1465         return true;
1466
1467     return false;
1468   }
1469
1470
1471   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1472   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1473
1474   Move Skill::pick_move() {
1475
1476     static RKISS rk;
1477
1478     // PRNG sequence should be not deterministic
1479     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1480         rk.rand<unsigned>();
1481
1482     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1483     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1484     int weakness = 120 - 2 * level;
1485     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1486     best = MOVE_NONE;
1487
1488     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1489     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1490     // then we choose the move with the resulting highest score.
1491     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1492     {
1493         int s = RootMoves[i].score;
1494
1495         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1496         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1497             break;
1498
1499         // This is our magic formula
1500         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1501               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1502
1503         if (s > max_s)
1504         {
1505             max_s = s;
1506             best = RootMoves[i].pv[0];
1507         }
1508     }
1509     return best;
1510   }
1511
1512
1513   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1514   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1515   // the previous search score.
1516
1517   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1518
1519     std::stringstream s;
1520     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1521     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1522     int selDepth = 0;
1523
1524     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1525         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1526             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1527
1528     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1529     {
1530         bool updated = (i <= PVIdx);
1531
1532         if (depth == 1 && !updated)
1533             continue;
1534
1535         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1536         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1537
1538         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1539             s << "\n";
1540
1541         s << "info depth " << d
1542           << " seldepth "  << selDepth
1543           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1544           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1545           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1546           << " time "      << elapsed
1547           << " multipv "   << i + 1
1548           << " pv";
1549
1550         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1551             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1552     }
1553
1554     return s.str();
1555   }
1556
1557 } // namespace
1558
1559
1560 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1561 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1562 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1563 /// long PV to print that is important for position analysis.
1564
1565 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1566
1567   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1568   const TTEntry* tte;
1569   int ply = 0;
1570   Move m = pv[0];
1571
1572   pv.clear();
1573
1574   do {
1575       pv.push_back(m);
1576
1577       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1578
1579       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1580       tte = TT.probe(pos.key());
1581
1582   } while (   tte
1583            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1584            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1585            && ply < MAX_PLY
1586            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1587
1588   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1589
1590   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1591 }
1592
1593
1594 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1595 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1596 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1597
1598 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1599
1600   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1601   const TTEntry* tte;
1602   int ply = 0;
1603
1604   do {
1605       tte = TT.probe(pos.key());
1606
1607       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1608           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1609
1610       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1611
1612       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1613
1614   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1615
1616   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1617 }
1618
1619
1620 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1621
1622 void Thread::idle_loop() {
1623
1624   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1625   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1626   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1627
1628   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1629
1630   while (true)
1631   {
1632       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1633       // wasting CPU time polling for work.
1634       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1635       {
1636           if (exit)
1637           {
1638               assert(!this_sp);
1639               return;
1640           }
1641
1642           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1643           mutex.lock();
1644
1645           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1646           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1647           {
1648               mutex.unlock();
1649               break;
1650           }
1651
1652           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1653           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1654           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1655           // we had the chance to grab the lock.
1656           if (!searching && !exit)
1657               sleepCondition.wait(mutex);
1658
1659           mutex.unlock();
1660       }
1661
1662       // If this thread has been assigned work, launch a search
1663       if (searching)
1664       {
1665           assert(!exit);
1666
1667           Threads.mutex.lock();
1668
1669           assert(searching);
1670           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1671
1672           Threads.mutex.unlock();
1673
1674           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1675           Position pos(*sp->pos, this);
1676
1677           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1678           ss->splitPoint = sp;
1679
1680           sp->mutex.lock();
1681
1682           assert(activePosition == NULL);
1683
1684           activePosition = &pos;
1685
1686           switch (sp->nodeType) {
1687           case Root:
1688               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1689               break;
1690           case PV:
1691               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1692               break;
1693           case NonPV:
1694               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1695               break;
1696           default:
1697               assert(false);
1698           }
1699
1700           assert(searching);
1701
1702           searching = false;
1703           activePosition = NULL;
1704           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1705           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1706
1707           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1708           // in case we are the last slave of the split point.
1709           if (    Threads.sleepWhileIdle
1710               &&  this != sp->masterThread
1711               && !sp->slavesMask)
1712           {
1713               assert(!sp->masterThread->searching);
1714               sp->masterThread->notify_one();
1715           }
1716
1717           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1718           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1719           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1720           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1721           sp->mutex.unlock();
1722       }
1723
1724       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1725       // their work at this split point, return from the idle loop.
1726       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1727       {
1728           this_sp->mutex.lock();
1729           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1730           this_sp->mutex.unlock();
1731           if (finished)
1732               return;
1733       }
1734   }
1735 }
1736
1737
1738 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1739 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1740 /// available time and so stop the search.
1741
1742 void check_time() {
1743
1744   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1745   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1746
1747   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1748   {
1749       lastInfoTime = Time::now();
1750       dbg_print();
1751   }
1752
1753   if (Limits.ponder)
1754       return;
1755
1756   if (Limits.nodes)
1757   {
1758       Threads.mutex.lock();
1759
1760       nodes = RootPos.nodes_searched();
1761
1762       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1763       // all the currently active positions nodes.
1764       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1765           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1766           {
1767               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1768
1769               sp.mutex.lock();
1770
1771               nodes += sp.nodes;
1772               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1773               while (sm)
1774               {
1775                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1776                   if (pos)
1777                       nodes += pos->nodes_searched();
1778               }
1779
1780               sp.mutex.unlock();
1781           }
1782
1783       Threads.mutex.unlock();
1784   }
1785
1786   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1787   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1788                          && !Signals.failedLowAtRoot
1789                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1790
1791   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1792                    || stillAtFirstMove;
1793
1794   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1795       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1796       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1797       Signals.stop = true;
1798 }