Fix search log when using skills
[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);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
159   if (depth == ONE_PLY)
160       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165
166   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
167   {
168       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
169       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(*it);
171   }
172
173   return cnt;
174 }
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Use Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
236
237   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
238   // used to check for remaining available thinking time.
239   Threads.timer->msec =
240   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
241                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
242                                : 100;
243
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When search is stopped this info is not printed
269   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
270             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
271
272   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
273   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
274   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
275   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
276   // raise Signals.stop).
277   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
278   {
279       Signals.stopOnPonderhit = true;
280       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
281   }
282
283   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
284   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
285             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
286             << sync_endl;
287 }
288
289
290 namespace {
291
292   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
293   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
294   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
295
296   void id_loop(Position& pos) {
297
298     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
299     int depth, prevBestMoveChanges;
300     Value bestValue, alpha, beta, delta;
301
302     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
303     depth = BestMoveChanges = 0;
304     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
305     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
306     TT.new_search();
307     History.clear();
308     Gains.clear();
309     Countermoves.clear();
310
311     PVSize = Options["MultiPV"];
312     Skill skill(Options["Skill Level"]);
313
314     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
315     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
317         PVSize = 4;
318
319     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
320
321     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
322     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
323     {
324         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
325         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
327             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
328
329         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
330         BestMoveChanges = 0;
331
332         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
333         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
334         {
335             // Set aspiration window default width
336             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
337             {
338                 delta = Value(16);
339                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
340                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
341             }
342             else
343             {
344                 alpha = -VALUE_INFINITE;
345                 beta  =  VALUE_INFINITE;
346             }
347
348             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
349             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
350             while (true)
351             {
352                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
353                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
354                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
355
356                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
357                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
358                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
359                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
360                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
361                 // the already searched PV lines are preserved.
362                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
363
364                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
365                 // entries have been overwritten during the search.
366                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
367                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
368
369                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
370                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
371                 // valid, although refers to previous iteration.
372                 if (Signals.stop)
373                     return;
374
375                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
376                 // research, otherwise exit the loop.
377                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
378                     break;
379
380                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
381                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
382                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
383
384                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
385                 {
386                     alpha = -VALUE_INFINITE;
387                     beta  =  VALUE_INFINITE;
388                 }
389                 else if (bestValue >= beta)
390                 {
391                     beta += delta;
392                     delta += delta / 2;
393                 }
394                 else
395                 {
396                     Signals.failedLowAtRoot = true;
397                     Signals.stopOnPonderhit = false;
398
399                     alpha -= delta;
400                     delta += delta / 2;
401                 }
402
403                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404             }
405
406             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
410                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411         }
412
413         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
414         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
415             skill.pick_move();
416
417         if (Options["Use Search Log"])
418         {
419             RootMove& rm = RootMoves[0];
420             if (skill.best != MOVE_NONE)
421                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
422
423             Log log(Options["Search Log Filename"]);
424             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, rm.pv.data())
425                 << std::endl;
426         }
427
428         // Do we have found a "mate in x"?
429         if (   Limits.mate
430             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
431             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
432             Signals.stop = true;
433
434         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
435         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
436         {
437             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
438
439             // Take in account some extra time if the best move has changed
440             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
441                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
442
443             // Stop search if most of available time is already consumed. We
444             // probably don't have enough time to search the first move at the
445             // next iteration anyway.
446             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
447                 stop = true;
448
449             // Stop search early if one move seems to be much better than others
450             if (    depth >= 12
451                 && !stop
452                 &&  PVSize == 1
453                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
454                 && (   RootMoves.size() == 1
455                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
456             {
457                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
458                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
459                 (ss+1)->skipNullMove = true;
460                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
461                 (ss+1)->skipNullMove = false;
462                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
463
464                 if (v < rBeta)
465                     stop = true;
466             }
467
468             if (stop)
469             {
470                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
471                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
472                 if (Limits.ponder)
473                     Signals.stopOnPonderhit = true;
474                 else
475                     Signals.stop = true;
476             }
477         }
478     }
479   }
480
481
482   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
483   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
484   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
485   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
486   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
487   // here: This is taken care of after we return from the split point.
488
489   template <NodeType NT>
490   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
491
492     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
493     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
494     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
495
496     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
497     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
498     assert(depth > DEPTH_ZERO);
499
500     Move movesSearched[64];
501     StateInfo st;
502     const TTEntry *tte;
503     SplitPoint* splitPoint;
504     Key posKey;
505     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
506     Depth ext, newDepth;
507     Value bestValue, value, ttValue;
508     Value eval, nullValue, futilityValue;
509     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
510     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
511     int moveCount, playedMoveCount;
512
513     // Step 1. Initialize node
514     Thread* thisThread = pos.this_thread();
515     moveCount = playedMoveCount = 0;
516     inCheck = pos.checkers();
517
518     if (SpNode)
519     {
520         splitPoint = ss->splitPoint;
521         bestMove   = splitPoint->bestMove;
522         threatMove = splitPoint->threatMove;
523         bestValue  = splitPoint->bestValue;
524         tte = NULL;
525         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
526         ttValue = VALUE_NONE;
527
528         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
529
530         goto split_point_start;
531     }
532
533     bestValue = -VALUE_INFINITE;
534     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
535     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
536     ss->futilityMoveCount = 0;
537     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
538     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
539
540     // Used to send selDepth info to GUI
541     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
542         thisThread->maxPly = ss->ply;
543
544     if (!RootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
548             return DrawValue[pos.side_to_move()];
549
550         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
551         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
552         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
553         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
554         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
555         // in this case return a fail-high score.
556         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
557         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
558         if (alpha >= beta)
559             return alpha;
560     }
561
562     // Step 4. Transposition table lookup
563     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
564     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
565     excludedMove = ss->excludedMove;
566     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
567     tte = TT.probe(posKey);
568     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
569     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
570
571     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
572     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
573     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
574     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
575     if (   !RootNode
576         && tte
577         && tte->depth() >= depth
578         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
579         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
580             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
581                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
582     {
583         TT.refresh(tte);
584         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
585
586         if (    ttValue >= beta
587             &&  ttMove
588             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
589             &&  ttMove != ss->killers[0])
590         {
591             ss->killers[1] = ss->killers[0];
592             ss->killers[0] = ttMove;
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
598     if (inCheck)
599         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
600
601     else if (tte)
602     {
603         // Never assume anything on values stored in TT
604         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
605             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
606             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
607
608         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
609         if (ttValue != VALUE_NONE)
610             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
611                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
612                 eval = ttValue;
613     }
614     else
615     {
616         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
617         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
618                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
619     }
620
621     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
622     // evaluation before and after the move.
623     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
624         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
625         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
626         && !pos.captured_piece_type()
627         &&  type_of(move) == NORMAL)
628     {
629         Square to = to_sq(move);
630         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
631     }
632
633     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
634     if (   !PvNode
635         &&  depth < 4 * ONE_PLY
636         && !inCheck
637         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
638         &&  ttMove == MOVE_NONE
639         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
640         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
641     {
642         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
643         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
644         if (v < rbeta)
645             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
646             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
647             return v;
648     }
649
650     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
651     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
652     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth < 4 * ONE_PLY
656         && !inCheck
657         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
660         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
661         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
662
663     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
664     if (   !PvNode
665         && !ss->skipNullMove
666         &&  depth > ONE_PLY
667         && !inCheck
668         &&  eval >= beta
669         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
670         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
671     {
672         ss->currentMove = MOVE_NULL;
673
674         // Null move dynamic reduction based on depth
675         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
676
677         // Null move dynamic reduction based on value
678         if (eval - PawnValueMg > beta)
679             R += ONE_PLY;
680
681         pos.do_null_move(st);
682         (ss+1)->skipNullMove = true;
683         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
684                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
685         (ss+1)->skipNullMove = false;
686         pos.undo_null_move();
687
688         if (nullValue >= beta)
689         {
690             // Do not return unproven mate scores
691             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
692                 nullValue = beta;
693
694             if (depth < 12 * ONE_PLY)
695                 return nullValue;
696
697             // Do verification search at high depths
698             ss->skipNullMove = true;
699             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
700             ss->skipNullMove = false;
701
702             if (v >= beta)
703                 return nullValue;
704         }
705         else
706         {
707             // The null move failed low, which means that we may be faced with
708             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
709             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
710             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
711             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
712             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
713             threatMove = (ss+1)->currentMove;
714
715             if (   depth < 5 * ONE_PLY
716                 && (ss-1)->reduction
717                 && threatMove != MOVE_NONE
718                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
719                 return beta - 1;
720         }
721     }
722
723     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
724     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
725     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
726     // prune the previous move.
727     if (   !PvNode
728         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
729         && !inCheck
730         && !ss->skipNullMove
731         &&  excludedMove == MOVE_NONE
732         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
733     {
734         Value rbeta = beta + 200;
735         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
736
737         assert(rdepth >= ONE_PLY);
738         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
739         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
740
741         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
742         CheckInfo ci(pos);
743
744         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
745             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
746             {
747                 ss->currentMove = move;
748                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
749                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
750                 pos.undo_move(move);
751                 if (value >= rbeta)
752                     return value;
753             }
754     }
755
756     // Step 10. Internal iterative deepening
757     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
758         && ttMove == MOVE_NONE
759         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
760     {
761         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
762
763         ss->skipNullMove = true;
764         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
765         ss->skipNullMove = false;
766
767         tte = TT.probe(posKey);
768         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
769     }
770
771 split_point_start: // At split points actual search starts from here
772
773     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
774     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
775                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
776
777     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
778     CheckInfo ci(pos);
779     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
780     singularExtensionNode =   !RootNode
781                            && !SpNode
782                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
783                            &&  ttMove != MOVE_NONE
784                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
785                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
786                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
787
788     // Step 11. Loop through moves
789     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
790     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
791     {
792       assert(is_ok(move));
793
794       if (move == excludedMove)
795           continue;
796
797       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
798       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
799       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
800       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
801           continue;
802
803       if (SpNode)
804       {
805           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
806           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
807               continue;
808
809           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
810           splitPoint->mutex.unlock();
811       }
812       else
813           moveCount++;
814
815       if (RootNode)
816       {
817           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
818
819           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
820               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
821                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
822                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
823       }
824
825       ext = DEPTH_ZERO;
826       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
827       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
828       dangerous =   givesCheck
829                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
830                  || type_of(move) == CASTLE
831                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
832                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
833                      && type_of(move) == NORMAL
834                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
835                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
836
837       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
838       if (PvNode && dangerous)
839           ext = ONE_PLY;
840
841       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
842           ext = ONE_PLY / 2;
843
844       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
845       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
846       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
847       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
848       // a margin then we extend ttMove.
849       if (    singularExtensionNode
850           &&  move == ttMove
851           && !ext
852           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
853           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
854       {
855           assert(ttValue != VALUE_NONE);
856
857           Value rBeta = ttValue - int(depth);
858           ss->excludedMove = move;
859           ss->skipNullMove = true;
860           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
861           ss->skipNullMove = false;
862           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
863
864           if (value < rBeta)
865               ext = ONE_PLY;
866       }
867
868       // Update current move (this must be done after singular extension search)
869       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
870
871       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
872       if (   !PvNode
873           && !captureOrPromotion
874           && !inCheck
875           && !dangerous
876        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
877           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
878       {
879           // Move count based pruning
880           if (   depth < 16 * ONE_PLY
881               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
882               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
883           {
884               if (SpNode)
885                   splitPoint->mutex.lock();
886
887               continue;
888           }
889
890           // Value based pruning
891           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
892           // but fixing this made program slightly weaker.
893           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
894           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
895                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
896
897           if (futilityValue < beta)
898           {
899               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
900
901               if (SpNode)
902               {
903                   splitPoint->mutex.lock();
904                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
905                       splitPoint->bestValue = bestValue;
906               }
907               continue;
908           }
909
910           // Prune moves with negative SEE at low depths
911           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
912               && pos.see_sign(move) < 0)
913           {
914               if (SpNode)
915                   splitPoint->mutex.lock();
916
917               continue;
918           }
919
920           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
921           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
922           ss->futilityMoveCount = moveCount;
923       }
924       else
925           ss->futilityMoveCount = 0;
926
927       // Check for legality only before to do the move
928       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
929       {
930           moveCount--;
931           continue;
932       }
933
934       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
935       ss->currentMove = move;
936       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
937           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
938
939       // Step 14. Make the move
940       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
941
942       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
943       // re-searched at full depth.
944       if (    depth > 3 * ONE_PLY
945           && !pvMove
946           && !captureOrPromotion
947           && !dangerous
948           &&  move != ttMove
949           &&  move != ss->killers[0]
950           &&  move != ss->killers[1])
951       {
952           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
953           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
954               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
955
956           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
957           if (SpNode)
958               alpha = splitPoint->alpha;
959
960           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
961
962           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
963           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
964       }
965       else
966           doFullDepthSearch = !pvMove;
967
968       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
969       if (doFullDepthSearch)
970       {
971           if (SpNode)
972               alpha = splitPoint->alpha;
973
974           value = newDepth < ONE_PLY ?
975                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
976                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
978       }
979
980       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
981       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
982       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
983       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
984           value = newDepth < ONE_PLY ?
985                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
986                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
987                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
988       // Step 17. Undo move
989       pos.undo_move(move);
990
991       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
992
993       // Step 18. Check for new best move
994       if (SpNode)
995       {
996           splitPoint->mutex.lock();
997           bestValue = splitPoint->bestValue;
998           alpha = splitPoint->alpha;
999       }
1000
1001       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1002       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1003       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1004       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1005       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1006           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1007
1008       if (RootNode)
1009       {
1010           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1011
1012           // PV move or new best move ?
1013           if (pvMove || value > alpha)
1014           {
1015               rm.score = value;
1016               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1017
1018               // We record how often the best move has been changed in each
1019               // iteration. This information is used for time management: When
1020               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1021               if (!pvMove)
1022                   BestMoveChanges++;
1023           }
1024           else
1025               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1026               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1027               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1028               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1029       }
1030
1031       if (value > bestValue)
1032       {
1033           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1034
1035           if (value > alpha)
1036           {
1037               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1038
1039               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1040                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1041               else
1042               {
1043                   assert(value >= beta); // Fail high
1044
1045                   if (SpNode)
1046                       splitPoint->cutoff = true;
1047
1048                   break;
1049               }
1050           }
1051       }
1052
1053       // Step 19. Check for splitting the search
1054       if (   !SpNode
1055           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1056           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1057           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1058       {
1059           assert(bestValue < beta);
1060
1061           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1062                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1063           if (bestValue >= beta)
1064               break;
1065       }
1066     }
1067
1068     if (SpNode)
1069         return bestValue;
1070
1071     // Step 20. Check for mate and stalemate
1072     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1073     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1074     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1075     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1076     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1077     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1078     if (!moveCount)
1079         return  excludedMove ? alpha
1080               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1081
1082     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1083     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1084     {
1085         assert(!playedMoveCount);
1086
1087         bestValue = alpha;
1088     }
1089
1090     if (bestValue >= beta) // Failed high
1091     {
1092         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1093                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1094
1095         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1096         {
1097             if (bestMove != ss->killers[0])
1098             {
1099                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1100                 ss->killers[0] = bestMove;
1101             }
1102
1103             // Increase history value of the cut-off move
1104             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1105             History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1106             if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1107                 Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1108
1109             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1110             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1111             {
1112                 Move m = movesSearched[i];
1113                 History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1114             }
1115         }
1116     }
1117     else // Failed low or PV search
1118         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1119                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1120                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1121
1122     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1123
1124     return bestValue;
1125   }
1126
1127
1128   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1129   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1130   // less than ONE_PLY).
1131
1132   template <NodeType NT, bool InCheck>
1133   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1134
1135     const bool PvNode = (NT == PV);
1136
1137     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1138     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1139     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1140     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1141     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1142
1143     StateInfo st;
1144     const TTEntry* tte;
1145     Key posKey;
1146     Move ttMove, move, bestMove;
1147     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1148     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1149     Depth ttDepth;
1150
1151     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1152     if (PvNode)
1153         oldAlpha = alpha;
1154
1155     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1156     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1157
1158     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1159     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1160         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1161
1162     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1163     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1164     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1165     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1166                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1167
1168     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1169     // pruning, but only for move ordering.
1170     posKey = pos.key();
1171     tte = TT.probe(posKey);
1172     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1173     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1174
1175     if (   tte
1176         && tte->depth() >= ttDepth
1177         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1178         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1179             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1180                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1181     {
1182         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1183         return ttValue;
1184     }
1185
1186     // Evaluate the position statically
1187     if (InCheck)
1188     {
1189         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1190         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1191         enoughMaterial = false;
1192     }
1193     else
1194     {
1195         if (tte)
1196         {
1197             // Never assume anything on values stored in TT
1198             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1199                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1200                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1201         }
1202         else
1203             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1204
1205         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1206         if (bestValue >= beta)
1207         {
1208             if (!tte)
1209                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1210                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1211
1212             return bestValue;
1213         }
1214
1215         if (PvNode && bestValue > alpha)
1216             alpha = bestValue;
1217
1218         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1219         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1220     }
1221
1222     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1223     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1224     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1225     // be generated.
1226     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1227     CheckInfo ci(pos);
1228
1229     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1230     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1231     {
1232       assert(is_ok(move));
1233
1234       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1235
1236       // Futility pruning
1237       if (   !PvNode
1238           && !InCheck
1239           && !givesCheck
1240           &&  move != ttMove
1241           &&  enoughMaterial
1242           &&  type_of(move) != PROMOTION
1243           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1244       {
1245           futilityValue =  futilityBase
1246                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1247                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1248
1249           if (futilityValue < beta)
1250           {
1251               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1252               continue;
1253           }
1254
1255           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1256           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1257           if (   futilityBase < beta
1258               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1259           {
1260               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1261               continue;
1262           }
1263       }
1264
1265       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1266       evasionPrunable =   !PvNode
1267                        &&  InCheck
1268                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1269                        && !pos.is_capture(move)
1270                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1271
1272       // Don't search moves with negative SEE values
1273       if (   !PvNode
1274           && (!InCheck || evasionPrunable)
1275           &&  move != ttMove
1276           &&  type_of(move) != PROMOTION
1277           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1278           continue;
1279
1280       // Don't search useless checks
1281       if (   !PvNode
1282           && !InCheck
1283           &&  givesCheck
1284           &&  move != ttMove
1285           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1286           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1287           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1288           continue;
1289
1290       // Check for legality only before to do the move
1291       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1292           continue;
1293
1294       ss->currentMove = move;
1295
1296       // Make and search the move
1297       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1298       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1299                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1300       pos.undo_move(move);
1301
1302       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1303
1304       // Check for new best move
1305       if (value > bestValue)
1306       {
1307           bestValue = value;
1308
1309           if (value > alpha)
1310           {
1311               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1312               {
1313                   alpha = value;
1314                   bestMove = move;
1315               }
1316               else // Fail high
1317               {
1318                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1319                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1320
1321                   return value;
1322               }
1323           }
1324        }
1325     }
1326
1327     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1328     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1329     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1330         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1331
1332     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1333              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1334              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1335
1336     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1337
1338     return bestValue;
1339   }
1340
1341
1342   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1343   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1344   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1345
1346   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1347
1348     assert(v != VALUE_NONE);
1349
1350     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1351           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1352   }
1353
1354
1355   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1356   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1357   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1358
1359   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1360
1361     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1362           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1368
1369   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1370   {
1371     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1372     Square from = from_sq(move);
1373     Square to = to_sq(move);
1374     Color them = ~pos.side_to_move();
1375     Square ksq = pos.king_square(them);
1376     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1377     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1378     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1379     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1380     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1381
1382     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1383     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1384         return true;
1385
1386     // Queen contact check is very dangerous
1387     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1388         return true;
1389
1390     // Creating new double threats with checks is dangerous
1391     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1392     while (b)
1393     {
1394         // Note that here we generate illegal "double move"!
1395         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1396             return true;
1397     }
1398
1399     return false;
1400   }
1401
1402
1403   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1404   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1405   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1406   // from a null search that fails low).
1407
1408   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1409
1410     assert(is_ok(first));
1411     assert(is_ok(second));
1412     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1413     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1414
1415     Square m1from = from_sq(first);
1416     Square m2from = from_sq(second);
1417     Square m1to = to_sq(first);
1418     Square m2to = to_sq(second);
1419
1420     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1421     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1422         return true;
1423
1424     // Second one moves through the square vacated by first one
1425     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1426       return true;
1427
1428     // Second's destination is defended by the first move's piece
1429     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1430     if (m1att & m2to)
1431         return true;
1432
1433     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1434     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1435     {
1436         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1437         return true;
1438     }
1439
1440     return false;
1441   }
1442
1443
1444   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1445   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1446   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1447
1448   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1449
1450     assert(is_ok(first));
1451     assert(is_ok(second));
1452
1453     Square m1from = from_sq(first);
1454     Square m2from = from_sq(second);
1455     Square m1to = to_sq(first);
1456     Square m2to = to_sq(second);
1457
1458     // Don't prune moves of the threatened piece
1459     if (m1from == m2to)
1460         return true;
1461
1462     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1463     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1464     if (    pos.is_capture(second)
1465         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1466             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1467     {
1468         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1469         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1470         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1471
1472         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1473         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1474             return true;
1475
1476         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1477         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1478                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1479
1480         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1481         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1482             return true;
1483     }
1484
1485     // Don't prune safe moves which block the threat path
1486     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1487         return true;
1488
1489     return false;
1490   }
1491
1492
1493   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1494   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1495
1496   Move Skill::pick_move() {
1497
1498     static RKISS rk;
1499
1500     // PRNG sequence should be not deterministic
1501     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1502         rk.rand<unsigned>();
1503
1504     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1505     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1506     int weakness = 120 - 2 * level;
1507     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1508     best = MOVE_NONE;
1509
1510     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1511     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1512     // then we choose the move with the resulting highest score.
1513     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1514     {
1515         int s = RootMoves[i].score;
1516
1517         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1518         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1519             break;
1520
1521         // This is our magic formula
1522         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1523               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1524
1525         if (s > max_s)
1526         {
1527             max_s = s;
1528             best = RootMoves[i].pv[0];
1529         }
1530     }
1531     return best;
1532   }
1533
1534
1535   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1536   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1537   // the previous search score.
1538
1539   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1540
1541     std::stringstream s;
1542     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1543     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1544     int selDepth = 0;
1545
1546     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1547         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1548             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1549
1550     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1551     {
1552         bool updated = (i <= PVIdx);
1553
1554         if (depth == 1 && !updated)
1555             continue;
1556
1557         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1558         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1559
1560         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1561             s << "\n";
1562
1563         s << "info depth " << d
1564           << " seldepth "  << selDepth
1565           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1566           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1567           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1568           << " time "      << elaspsed
1569           << " multipv "   << i + 1
1570           << " pv";
1571
1572         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1573             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1574     }
1575
1576     return s.str();
1577   }
1578
1579 } // namespace
1580
1581
1582 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1583 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1584 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1585 /// long PV to print that is important for position analysis.
1586
1587 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1588
1589   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1590   TTEntry* tte;
1591   int ply = 0;
1592   Move m = pv[0];
1593
1594   pv.clear();
1595
1596   do {
1597       pv.push_back(m);
1598
1599       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1600
1601       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1602       tte = TT.probe(pos.key());
1603
1604   } while (   tte
1605            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1606            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1607            && ply < MAX_PLY
1608            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1609
1610   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1611
1612   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1613 }
1614
1615
1616 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1617 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1618 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1619
1620 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1621
1622   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1623   TTEntry* tte;
1624   int ply = 0;
1625
1626   do {
1627       tte = TT.probe(pos.key());
1628
1629       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1630           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1631
1632       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1633
1634       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1635
1636   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1637
1638   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1639 }
1640
1641
1642 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1643
1644 void Thread::idle_loop() {
1645
1646   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1647   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1648   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1649
1650   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1651
1652   while (true)
1653   {
1654       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1655       // wasting CPU time polling for work.
1656       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1657       {
1658           if (exit)
1659           {
1660               assert(!this_sp);
1661               return;
1662           }
1663
1664           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1665           mutex.lock();
1666
1667           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1668           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1669           {
1670               mutex.unlock();
1671               break;
1672           }
1673
1674           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1675           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1676           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1677           // we had the chance to grab the lock.
1678           if (!searching && !exit)
1679               sleepCondition.wait(mutex);
1680
1681           mutex.unlock();
1682       }
1683
1684       // If this thread has been assigned work, launch a search
1685       if (searching)
1686       {
1687           assert(!exit);
1688
1689           Threads.mutex.lock();
1690
1691           assert(searching);
1692           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1693
1694           Threads.mutex.unlock();
1695
1696           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1697           Position pos(*sp->pos, this);
1698
1699           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1700           (ss+1)->splitPoint = sp;
1701
1702           sp->mutex.lock();
1703
1704           assert(activePosition == NULL);
1705
1706           activePosition = &pos;
1707
1708           switch (sp->nodeType) {
1709           case Root:
1710               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1711               break;
1712           case PV:
1713               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1714               break;
1715           case NonPV:
1716               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1717               break;
1718           default:
1719               assert(false);
1720           }
1721
1722           assert(searching);
1723
1724           searching = false;
1725           activePosition = NULL;
1726           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1727           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1728
1729           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1730           // in case we are the last slave of the split point.
1731           if (    Threads.sleepWhileIdle
1732               &&  this != sp->masterThread
1733               && !sp->slavesMask)
1734           {
1735               assert(!sp->masterThread->searching);
1736               sp->masterThread->notify_one();
1737           }
1738
1739           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1740           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1741           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1742           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1743           sp->mutex.unlock();
1744       }
1745
1746       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1747       // their work at this split point, return from the idle loop.
1748       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1749       {
1750           this_sp->mutex.lock();
1751           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1752           this_sp->mutex.unlock();
1753           if (finished)
1754               return;
1755       }
1756   }
1757 }
1758
1759
1760 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1761 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1762 /// available time and so stop the search.
1763
1764 void check_time() {
1765
1766   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1767   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1768
1769   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1770   {
1771       lastInfoTime = Time::now();
1772       dbg_print();
1773   }
1774
1775   if (Limits.ponder)
1776       return;
1777
1778   if (Limits.nodes)
1779   {
1780       Threads.mutex.lock();
1781
1782       nodes = RootPos.nodes_searched();
1783
1784       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1785       // all the currently active positions nodes.
1786       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1787           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1788           {
1789               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1790
1791               sp.mutex.lock();
1792
1793               nodes += sp.nodes;
1794               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1795               while (sm)
1796               {
1797                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1798                   if (pos)
1799                       nodes += pos->nodes_searched();
1800               }
1801
1802               sp.mutex.unlock();
1803           }
1804
1805       Threads.mutex.unlock();
1806   }
1807
1808   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1809   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1810                          && !Signals.failedLowAtRoot
1811                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1812
1813   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1814                    || stillAtFirstMove;
1815
1816   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1817       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1818       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1819       Signals.stop = true;
1820 }