Use exceptions to stop the search
[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 <exception>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   HistoryStats History;
91   GainsStats Gains;
92   CountermovesStats Countermoves;
93
94   template <NodeType NT>
95   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
96
97   template <NodeType NT, bool InCheck>
98   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
99
100   void id_loop(Position& pos);
101   Value value_to_tt(Value v, int ply);
102   Value value_from_tt(Value v, int ply);
103   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
104   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
105   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
106   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
107
108   class stop : public std::exception {};
109
110   struct Skill {
111     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
112    ~Skill() {
113       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
114           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
115                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
116     }
117
118     bool enabled() const { return level < 20; }
119     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
120     Move pick_move();
121
122     int level;
123     Move best;
124   };
125
126 } // namespace
127
128
129 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
130
131 void Search::init() {
132
133   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
134   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
135   int mc; // moveCount
136
137   // Init reductions array
138   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
139   {
140       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
141       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
142       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
143       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
144
145       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
146       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
147
148       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
149           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
150   }
151
152   // Init futility margins array
153   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
154       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
155
156   // Init futility move count array
157   for (d = 0; d < 32; d++)
158   {
159       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
160       FutilityMoveCounts[0][d] = d < 5 ? FutilityMoveCounts[1][d]
161                                        : 3 * FutilityMoveCounts[1][d] / 4;
162   }
163 }
164
165
166 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
167 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
168
169 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
170
171   StateInfo st;
172   size_t cnt = 0;
173   CheckInfo ci(pos);
174   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
175
176   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
177   {
178       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
179       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
180       pos.undo_move(*it);
181   }
182   return cnt;
183 }
184
185 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
186   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
187 }
188
189 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
190 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
191 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
192
193 void Search::think() {
194
195   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
196
197   RootColor = RootPos.side_to_move();
198   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
199
200   if (RootMoves.empty())
201   {
202       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
203       sync_cout << "info depth 0 score "
204                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
205                 << sync_endl;
206
207       goto finalize;
208   }
209
210   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
211   {
212       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
213
214       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
215       {
216           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
217           goto finalize;
218       }
219   }
220
221   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
222   {
223       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
224       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
225       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
226       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
227   }
228   else
229       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
230
231   if (Options["Write Search Log"])
232   {
233       Log log(Options["Search Log Filename"]);
234       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
235           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
236           << " ponder: "      << Limits.ponder
237           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
238           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
239           << " moves to go: " << Limits.movestogo
240           << std::endl;
241   }
242
243   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
244   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
245       Threads[i]->maxPly = 0;
246
247   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
248
249   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
250   // used to check for remaining available thinking time.
251   Threads.timer->msec =
252   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
253                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
254                                : 100;
255
256   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
257
258   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
259
260   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
261   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
262
263   if (Options["Write Search Log"])
264   {
265       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
266
267       Log log(Options["Search Log Filename"]);
268       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
269           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
270           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
271
272       StateInfo st;
273       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
274       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
275       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
276   }
277
278 finalize:
279
280   // When search is stopped this info is not printed
281   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
282             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
283
284   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
285   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
286   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
287   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
288   // raise Signals.stop).
289   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
290   {
291       Signals.stopOnPonderhit = true;
292       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
293   }
294
295   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
296   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
297             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
298             << sync_endl;
299 }
300
301
302 namespace {
303
304   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
305   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
306   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
307
308   void id_loop(Position& pos) {
309
310     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
311     int depth, prevBestMoveChanges;
312     Value bestValue, alpha, beta, delta;
313
314     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
315     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
316
317     depth = BestMoveChanges = 0;
318     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
319     beta = VALUE_INFINITE;
320
321     TT.new_search();
322     History.clear();
323     Gains.clear();
324     Countermoves.clear();
325
326     PVSize = Options["MultiPV"];
327     Skill skill(Options["Skill Level"]);
328
329     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
330     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
331     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
332         PVSize = 4;
333
334     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
335
336     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
337     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
338     {
339         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
340         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
341         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
342             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
343
344         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
345         BestMoveChanges = 0;
346
347         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
348         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
349         {
350             // Reset aspiration window starting size
351             if (depth >= 5)
352             {
353                 delta = Value(16);
354                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
355                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
356             }
357
358             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
359             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
360             while (true)
361             {
362                 try {
363                     bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
364                 } catch (stop&) {}
365
366                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
367                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
368                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
369                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
370                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
371                 // the already searched PV lines are preserved.
372                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
373
374                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
375                 // entries have been overwritten during the search.
376                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
377                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
378
379                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
380                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
381                 // valid, although refers to previous iteration.
382                 if (Signals.stop)
383                     return;
384
385                 // When failing high/low give some update (without cluttering
386                 // the UI) before to research.
387                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
388                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
389                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
390
391                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
392                 // research, otherwise exit the loop.
393                 if (bestValue <= alpha)
394                 {
395                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
396
397                     Signals.failedLowAtRoot = true;
398                     Signals.stopOnPonderhit = false;
399                 }
400                 else if (bestValue >= beta)
401                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
402
403                 else
404                     break;
405
406                 delta += delta / 2;
407
408                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
409             }
410
411             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
412             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
413
414             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
415                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
416         }
417
418         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
419         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
420             skill.pick_move();
421
422         if (Options["Write Search Log"])
423         {
424             RootMove& rm = RootMoves[0];
425             if (skill.best != MOVE_NONE)
426                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
427
428             Log log(Options["Search Log Filename"]);
429             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
430                 << std::endl;
431         }
432
433         // Do we have found a "mate in x"?
434         if (   Limits.mate
435             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
436             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
437             Signals.stop = true;
438
439         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
440         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
441         {
442             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
443
444             // Take in account some extra time if the best move has changed
445             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
446                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
447
448             // Stop search if most of available time is already consumed. We
449             // probably don't have enough time to search the first move at the
450             // next iteration anyway.
451             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
452                 stop = true;
453
454             // Stop search early if one move seems to be much better than others
455             if (    depth >= 12
456                 && !stop
457                 &&  PVSize == 1
458                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
459                 && (   RootMoves.size() == 1
460                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
461             {
462                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
463                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
464                 ss->skipNullMove = true;
465                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
466                 ss->skipNullMove = false;
467                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
468
469                 if (v < rBeta)
470                     stop = true;
471             }
472
473             if (stop)
474             {
475                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
476                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
477                 if (Limits.ponder)
478                     Signals.stopOnPonderhit = true;
479                 else
480                     Signals.stop = true;
481             }
482         }
483     }
484   }
485
486
487   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
488   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
489   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
490   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
491   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
492   // here: This is taken care of after we return from the split point.
493
494   template <NodeType NT>
495   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
496
497     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
498     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
499     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
500
501     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
502     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
503     assert(depth > DEPTH_ZERO);
504
505     Move quietsSearched[64];
506     StateInfo st;
507     const TTEntry *tte;
508     SplitPoint* splitPoint;
509     Key posKey;
510     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
511     Depth ext, newDepth;
512     Value bestValue, value, ttValue;
513     Value eval, nullValue, futilityValue;
514     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
515     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
516     int moveCount, quietCount;
517
518     // Step 1. Initialize node
519     Thread* thisThread = pos.this_thread();
520     inCheck = pos.checkers();
521
522     if (SpNode)
523     {
524         splitPoint = ss->splitPoint;
525         bestMove   = splitPoint->bestMove;
526         threatMove = splitPoint->threatMove;
527         bestValue  = splitPoint->bestValue;
528         tte = NULL;
529         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
530         ttValue = VALUE_NONE;
531
532         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
533
534         goto moves_loop;
535     }
536
537     moveCount = quietCount = 0;
538     bestValue = -VALUE_INFINITE;
539     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
540     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
541     ss->futilityMoveCount = 0;
542     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
543     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
544
545     // Used to send selDepth info to GUI
546     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
547         thisThread->maxPly = ss->ply;
548
549     if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
550         throw stop();
551
552     if (!RootNode)
553     {
554         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
555         if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
556             return DrawValue[pos.side_to_move()];
557
558         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
559         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
560         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
561         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
562         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
563         // in this case return a fail-high score.
564         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
565         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
566         if (alpha >= beta)
567             return alpha;
568     }
569
570     // Step 4. Transposition table lookup
571     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
572     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
573     excludedMove = ss->excludedMove;
574     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
575     tte = TT.probe(posKey);
576     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
577     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
578
579     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
580     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
581     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
582     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
583     if (   !RootNode
584         && tte
585         && tte->depth() >= depth
586         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
587         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
588             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
589                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
590     {
591         TT.refresh(tte);
592         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
593
594         if (    ttValue >= beta
595             &&  ttMove
596             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
597             &&  ttMove != ss->killers[0])
598         {
599             ss->killers[1] = ss->killers[0];
600             ss->killers[0] = ttMove;
601         }
602         return ttValue;
603     }
604
605     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
606     if (inCheck)
607     {
608         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
609         goto moves_loop;
610     }
611
612     else if (tte)
613     {
614         // Never assume anything on values stored in TT
615         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
616             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
617             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
618
619         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
620         if (ttValue != VALUE_NONE)
621             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
622                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
623                 eval = ttValue;
624     }
625     else
626     {
627         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
628         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
629                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
630     }
631
632     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
633     // evaluation before and after the move.
634     if (   !pos.captured_piece_type()
635         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
636         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
637         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
638         &&  type_of(move) == NORMAL)
639     {
640         Square to = to_sq(move);
641         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
642     }
643
644     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
645     if (   !PvNode
646         &&  depth < 4 * ONE_PLY
647         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
648         &&  ttMove == MOVE_NONE
649         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
650         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
651     {
652         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
653         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
654         if (v < rbeta)
655             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
656             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
657             return v;
658     }
659
660     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
661     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
662     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
663     if (   !PvNode
664         && !ss->skipNullMove
665         &&  depth < 4 * ONE_PLY
666         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
667         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
668         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
669         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
670         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
671
672     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
673     if (   !PvNode
674         && !ss->skipNullMove
675         &&  depth > ONE_PLY
676         &&  eval >= beta
677         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
678         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
679     {
680         ss->currentMove = MOVE_NULL;
681
682         // Null move dynamic reduction based on depth
683         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
684
685         // Null move dynamic reduction based on value
686         if (eval - PawnValueMg > beta)
687             R += ONE_PLY;
688
689         pos.do_null_move(st);
690         (ss+1)->skipNullMove = true;
691         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
692                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
693         (ss+1)->skipNullMove = false;
694         pos.undo_null_move();
695
696         if (nullValue >= beta)
697         {
698             // Do not return unproven mate scores
699             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
700                 nullValue = beta;
701
702             if (depth < 12 * ONE_PLY)
703                 return nullValue;
704
705             // Do verification search at high depths
706             ss->skipNullMove = true;
707             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
708             ss->skipNullMove = false;
709
710             if (v >= beta)
711                 return nullValue;
712         }
713         else
714         {
715             // The null move failed low, which means that we may be faced with
716             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
717             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
718             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
719             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
720             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
721             threatMove = (ss+1)->currentMove;
722
723             if (   depth < 5 * ONE_PLY
724                 && (ss-1)->reduction
725                 && threatMove != MOVE_NONE
726                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
727                 return alpha;
728         }
729     }
730
731     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
732     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
733     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
734     // prune the previous move.
735     if (   !PvNode
736         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
737         && !ss->skipNullMove
738         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
739     {
740         Value rbeta = beta + 200;
741         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
742
743         assert(rdepth >= ONE_PLY);
744         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
745         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
746
747         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
748         CheckInfo ci(pos);
749
750         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
751             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
752             {
753                 ss->currentMove = move;
754                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
755                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
756                 pos.undo_move(move);
757                 if (value >= rbeta)
758                     return value;
759             }
760     }
761
762     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
763     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
764         && ttMove == MOVE_NONE
765         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
766     {
767         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
768
769         ss->skipNullMove = true;
770         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
771         ss->skipNullMove = false;
772
773         tte = TT.probe(posKey);
774         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
775     }
776
777 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
778
779     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
780     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
781                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
782
783     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
784     CheckInfo ci(pos);
785     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
786     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
787                || ss->staticEval == VALUE_NONE
788                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
789
790     singularExtensionNode =   !RootNode
791                            && !SpNode
792                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
793                            &&  ttMove != MOVE_NONE
794                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
795                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
796                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
797
798     // Step 11. Loop through moves
799     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
800     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
801     {
802       assert(is_ok(move));
803
804       if (move == excludedMove)
805           continue;
806
807       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
808       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
809       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
810       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
811           continue;
812
813       if (SpNode)
814       {
815           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
816           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
817               continue;
818
819           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
820           splitPoint->mutex.unlock();
821       }
822       else
823           moveCount++;
824
825       if (RootNode)
826       {
827           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
828
829           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
830               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
831                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
832                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
833       }
834
835       ext = DEPTH_ZERO;
836       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
837       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
838       dangerous =   givesCheck
839                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
840                  || type_of(move) == CASTLE;
841
842       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
843       if (PvNode && dangerous)
844           ext = ONE_PLY;
845
846       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
847           ext = ONE_PLY / 2;
848
849       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
850       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
851       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
852       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
853       // a margin then we extend ttMove.
854       if (    singularExtensionNode
855           &&  move == ttMove
856           && !ext
857           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
858           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
859       {
860           assert(ttValue != VALUE_NONE);
861
862           Value rBeta = ttValue - int(depth);
863           ss->excludedMove = move;
864           ss->skipNullMove = true;
865           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
866           ss->skipNullMove = false;
867           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
868
869           if (value < rBeta)
870               ext = ONE_PLY;
871       }
872
873       // Update current move (this must be done after singular extension search)
874       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
875
876       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
877       if (   !PvNode
878           && !captureOrPromotion
879           && !inCheck
880           && !dangerous
881        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
882           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
883       {
884           // Move count based pruning
885           if (   depth < 16 * ONE_PLY
886               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
887               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
888           {
889               if (SpNode)
890                   splitPoint->mutex.lock();
891
892               continue;
893           }
894
895           // Value based pruning
896           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
897           // but fixing this made program slightly weaker.
898           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
899           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
900                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
901
902           if (futilityValue < beta)
903           {
904               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
905
906               if (SpNode)
907               {
908                   splitPoint->mutex.lock();
909                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
910                       splitPoint->bestValue = bestValue;
911               }
912               continue;
913           }
914
915           // Prune moves with negative SEE at low depths
916           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
917               && pos.see_sign(move) < 0)
918           {
919               if (SpNode)
920                   splitPoint->mutex.lock();
921
922               continue;
923           }
924
925           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
926           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
927           ss->futilityMoveCount = moveCount;
928       }
929       else
930           ss->futilityMoveCount = 0;
931
932       // Check for legality only before to do the move
933       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
934       {
935           moveCount--;
936           continue;
937       }
938
939       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
940       ss->currentMove = move;
941       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
942           quietsSearched[quietCount++] = move;
943
944       // Step 14. Make the move
945       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
946
947       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
948       // re-searched at full depth.
949       if (    depth > 3 * ONE_PLY
950           && !pvMove
951           && !captureOrPromotion
952           && !dangerous
953           &&  move != ttMove
954           &&  move != ss->killers[0]
955           &&  move != ss->killers[1])
956       {
957           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
958
959           if (!PvNode && cutNode)
960               ss->reduction += ONE_PLY;
961
962           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
963               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
964
965           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
966           if (SpNode)
967               alpha = splitPoint->alpha;
968
969           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
970
971           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
972           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
973       }
974       else
975           doFullDepthSearch = !pvMove;
976
977       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
978       if (doFullDepthSearch)
979       {
980           if (SpNode)
981               alpha = splitPoint->alpha;
982
983           value = newDepth < ONE_PLY ?
984                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
985                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
986                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
987       }
988
989       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
990       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
991       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
992       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
993           value = newDepth < ONE_PLY ?
994                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
995                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
996                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
997       // Step 17. Undo move
998       pos.undo_move(move);
999
1000       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1001
1002       // Step 18. Check for new best move
1003       if (SpNode)
1004       {
1005           splitPoint->mutex.lock();
1006           bestValue = splitPoint->bestValue;
1007           alpha = splitPoint->alpha;
1008       }
1009
1010       if (RootNode)
1011       {
1012           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1013
1014           // PV move or new best move ?
1015           if (pvMove || value > alpha)
1016           {
1017               rm.score = value;
1018               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1019
1020               // We record how often the best move has been changed in each
1021               // iteration. This information is used for time management: When
1022               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1023               if (!pvMove)
1024                   BestMoveChanges++;
1025           }
1026           else
1027               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1028               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1029               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1030               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1031       }
1032
1033       if (value > bestValue)
1034       {
1035           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1036
1037           if (value > alpha)
1038           {
1039               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1040
1041               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1042                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1043               else
1044               {
1045                   assert(value >= beta); // Fail high
1046
1047                   if (SpNode)
1048                       splitPoint->cutoff = true;
1049
1050                   break;
1051               }
1052           }
1053       }
1054
1055       // Step 19. Check for splitting the search
1056       if (   !SpNode
1057           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1058           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1059           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1060       {
1061           assert(bestValue < beta);
1062
1063           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1064                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1065           if (bestValue >= beta)
1066               break;
1067       }
1068     }
1069
1070     if (SpNode)
1071         return bestValue;
1072
1073     // Step 20. Check for mate and stalemate
1074     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1075     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1076     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1077     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1078     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1079     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1080     if (!moveCount)
1081         return  excludedMove ? alpha
1082               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1083
1084     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1085     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1086         bestValue = alpha;
1087
1088     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1089              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1090              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1091              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1092
1093     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1094     if (    bestValue >= beta
1095         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1096         && !inCheck)
1097     {
1098         if (ss->killers[0] != bestMove)
1099         {
1100             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1101             ss->killers[0] = bestMove;
1102         }
1103
1104         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1105         // played non-capture moves.
1106         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1107         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1108         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1109         {
1110             Move m = quietsSearched[i];
1111             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1112         }
1113
1114         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1115             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1116     }
1117
1118     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1119
1120     return bestValue;
1121   }
1122
1123
1124   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1125   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1126   // less than ONE_PLY).
1127
1128   template <NodeType NT, bool InCheck>
1129   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1130
1131     const bool PvNode = (NT == PV);
1132
1133     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1134     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1135     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1136     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1137     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1138
1139     StateInfo st;
1140     const TTEntry* tte;
1141     Key posKey;
1142     Move ttMove, move, bestMove;
1143     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1144     bool givesCheck, evasionPrunable;
1145     Depth ttDepth;
1146
1147     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1148     if (PvNode)
1149         oldAlpha = alpha;
1150
1151     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1152     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1153
1154     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1155     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1156         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1157
1158     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1159     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1160     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1161     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1162                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1163
1164     // Transposition table lookup
1165     posKey = pos.key();
1166     tte = TT.probe(posKey);
1167     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1168     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1169
1170     if (   tte
1171         && tte->depth() >= ttDepth
1172         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1173         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1174             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1175                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1176     {
1177         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1178         return ttValue;
1179     }
1180
1181     // Evaluate the position statically
1182     if (InCheck)
1183     {
1184         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1185         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1186     }
1187     else
1188     {
1189         if (tte)
1190         {
1191             // Never assume anything on values stored in TT
1192             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1193                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1194                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1195         }
1196         else
1197             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1198
1199         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1200         if (bestValue >= beta)
1201         {
1202             if (!tte)
1203                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1204                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1205
1206             return bestValue;
1207         }
1208
1209         if (PvNode && bestValue > alpha)
1210             alpha = bestValue;
1211
1212         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1213     }
1214
1215     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1216     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1217     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1218     // be generated.
1219     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1220     CheckInfo ci(pos);
1221
1222     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1223     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1224     {
1225       assert(is_ok(move));
1226
1227       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1228
1229       // Futility pruning
1230       if (   !PvNode
1231           && !InCheck
1232           && !givesCheck
1233           &&  move != ttMove
1234           &&  type_of(move) != PROMOTION
1235           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1236       {
1237           futilityValue =  futilityBase
1238                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1239                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1240
1241           if (futilityValue < beta)
1242           {
1243               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1244               continue;
1245           }
1246
1247           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1248           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1249           if (   futilityBase < beta
1250               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1251           {
1252               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1253               continue;
1254           }
1255       }
1256
1257       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1258       evasionPrunable =    InCheck
1259                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1260                        && !pos.is_capture(move)
1261                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1262
1263       // Don't search moves with negative SEE values
1264       if (   !PvNode
1265           && (!InCheck || evasionPrunable)
1266           &&  move != ttMove
1267           &&  type_of(move) != PROMOTION
1268           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1269           continue;
1270
1271       // Don't search useless checks
1272       if (   !PvNode
1273           && !InCheck
1274           &&  givesCheck
1275           &&  move != ttMove
1276           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1277           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1278           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1279           continue;
1280
1281       // Check for legality only before to do the move
1282       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1283           continue;
1284
1285       ss->currentMove = move;
1286
1287       // Make and search the move
1288       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1289       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1290                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1291       pos.undo_move(move);
1292
1293       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1294
1295       // Check for new best move
1296       if (value > bestValue)
1297       {
1298           bestValue = value;
1299
1300           if (value > alpha)
1301           {
1302               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1303               {
1304                   alpha = value;
1305                   bestMove = move;
1306               }
1307               else // Fail high
1308               {
1309                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1310                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1311
1312                   return value;
1313               }
1314           }
1315        }
1316     }
1317
1318     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1319     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1320     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1321         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1322
1323     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1324              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1325              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1326
1327     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1328
1329     return bestValue;
1330   }
1331
1332
1333   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1334   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1335   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1336
1337   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1338
1339     assert(v != VALUE_NONE);
1340
1341     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1342           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1343   }
1344
1345
1346   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1347   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1348   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1349
1350   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1351
1352     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1353           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1354           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1355   }
1356
1357
1358   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1359
1360   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1361   {
1362     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1363     Square from = from_sq(move);
1364     Square to = to_sq(move);
1365     Color them = ~pos.side_to_move();
1366     Square ksq = pos.king_square(them);
1367     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1368     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1369     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1370     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1371     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1372
1373     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1374     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1375         return true;
1376
1377     // Queen contact check is very dangerous
1378     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1379         return true;
1380
1381     // Creating new double threats with checks is dangerous
1382     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1383     while (b)
1384     {
1385         // Note that here we generate illegal "double move"!
1386         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1387             return true;
1388     }
1389
1390     return false;
1391   }
1392
1393
1394   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1395   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1396   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1397   // from a null search that fails low).
1398
1399   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1400
1401     assert(is_ok(first));
1402     assert(is_ok(second));
1403     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1404     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1405
1406     Square m1from = from_sq(first);
1407     Square m2from = from_sq(second);
1408     Square m1to = to_sq(first);
1409     Square m2to = to_sq(second);
1410
1411     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1412     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1413         return true;
1414
1415     // Second one moves through the square vacated by first one
1416     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1417       return true;
1418
1419     // Second's destination is defended by the first move's piece
1420     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1421     if (m1att & m2to)
1422         return true;
1423
1424     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1425     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1426     {
1427         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1428         return true;
1429     }
1430
1431     return false;
1432   }
1433
1434
1435   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1436   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1437   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1438
1439   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1440
1441     assert(is_ok(first));
1442     assert(is_ok(second));
1443
1444     Square m1from = from_sq(first);
1445     Square m2from = from_sq(second);
1446     Square m1to = to_sq(first);
1447     Square m2to = to_sq(second);
1448
1449     // Don't prune moves of the threatened piece
1450     if (m1from == m2to)
1451         return true;
1452
1453     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1454     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1455     if (    pos.is_capture(second)
1456         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1457             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1458     {
1459         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1460         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1461         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1462
1463         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1464         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1465             return true;
1466
1467         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1468         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1469                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1470
1471         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1472         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1473             return true;
1474     }
1475
1476     // Don't prune safe moves which block the threat path
1477     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1478         return true;
1479
1480     return false;
1481   }
1482
1483
1484   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1485   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1486
1487   Move Skill::pick_move() {
1488
1489     static RKISS rk;
1490
1491     // PRNG sequence should be not deterministic
1492     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1493         rk.rand<unsigned>();
1494
1495     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1496     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1497     int weakness = 120 - 2 * level;
1498     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1499     best = MOVE_NONE;
1500
1501     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1502     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1503     // then we choose the move with the resulting highest score.
1504     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1505     {
1506         int s = RootMoves[i].score;
1507
1508         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1509         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1510             break;
1511
1512         // This is our magic formula
1513         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1514               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1515
1516         if (s > max_s)
1517         {
1518             max_s = s;
1519             best = RootMoves[i].pv[0];
1520         }
1521     }
1522     return best;
1523   }
1524
1525
1526   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1527   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1528   // the previous search score.
1529
1530   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1531
1532     std::stringstream s;
1533     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1534     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1535     int selDepth = 0;
1536
1537     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1538         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1539             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1540
1541     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1542     {
1543         bool updated = (i <= PVIdx);
1544
1545         if (depth == 1 && !updated)
1546             continue;
1547
1548         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1549         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1550
1551         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1552             s << "\n";
1553
1554         s << "info depth " << d
1555           << " seldepth "  << selDepth
1556           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1557           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1558           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1559           << " time "      << elapsed
1560           << " multipv "   << i + 1
1561           << " pv";
1562
1563         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1564             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1565     }
1566
1567     return s.str();
1568   }
1569
1570 } // namespace
1571
1572
1573 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1574 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1575 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1576 /// long PV to print that is important for position analysis.
1577
1578 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1579
1580   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1581   const TTEntry* tte;
1582   int ply = 0;
1583   Move m = pv[0];
1584
1585   pv.clear();
1586
1587   do {
1588       pv.push_back(m);
1589
1590       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1591
1592       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1593       tte = TT.probe(pos.key());
1594
1595   } while (   tte
1596            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1597            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1598            && ply < MAX_PLY
1599            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1600
1601   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1602
1603   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1604 }
1605
1606
1607 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1608 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1609 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1610
1611 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1612
1613   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1614   const TTEntry* tte;
1615   int ply = 0;
1616
1617   do {
1618       tte = TT.probe(pos.key());
1619
1620       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1621           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1622
1623       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1624
1625       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1626
1627   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1628
1629   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1630 }
1631
1632
1633 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1634
1635 void Thread::idle_loop() {
1636
1637   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1638   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1639   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1640
1641   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1642
1643   while (true)
1644   {
1645       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1646       // wasting CPU time polling for work.
1647       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1648       {
1649           if (exit)
1650           {
1651               assert(!this_sp);
1652               return;
1653           }
1654
1655           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1656           mutex.lock();
1657
1658           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1659           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1660           {
1661               mutex.unlock();
1662               break;
1663           }
1664
1665           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1666           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1667           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1668           // we had the chance to grab the lock.
1669           if (!searching && !exit)
1670               sleepCondition.wait(mutex);
1671
1672           mutex.unlock();
1673       }
1674
1675       // If this thread has been assigned work, launch a search
1676       if (searching)
1677       {
1678           assert(!exit);
1679
1680           Threads.mutex.lock();
1681
1682           assert(searching);
1683           assert(activeSplitPoint);
1684           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1685
1686           Threads.mutex.unlock();
1687
1688           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1689           Position pos(*sp->pos, this);
1690
1691           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1692           ss->splitPoint = sp;
1693
1694           sp->mutex.lock();
1695
1696           assert(activePosition == NULL);
1697
1698           activePosition = &pos;
1699
1700           try {
1701               switch (sp->nodeType) {
1702               case Root:
1703                   search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1704                   break;
1705               case PV:
1706                   search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1707                   break;
1708               case NonPV:
1709                   search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1710                   break;
1711               default:
1712                   assert(false);
1713               }
1714
1715               assert(searching);
1716           }
1717           catch (stop&) {
1718               sp->mutex.lock(); // Exception is thrown out of lock
1719           }
1720
1721           searching = false;
1722           activePosition = NULL;
1723           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1724           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1725
1726           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1727           // in case we are the last slave of the split point.
1728           if (    Threads.sleepWhileIdle
1729               &&  this != sp->masterThread
1730               && !sp->slavesMask)
1731           {
1732               assert(!sp->masterThread->searching);
1733               sp->masterThread->notify_one();
1734           }
1735
1736           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1737           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1738           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1739           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1740           sp->mutex.unlock();
1741       }
1742
1743       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1744       // their work at this split point, return from the idle loop.
1745       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1746       {
1747           this_sp->mutex.lock();
1748           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1749           this_sp->mutex.unlock();
1750           if (finished)
1751               return;
1752       }
1753   }
1754 }
1755
1756
1757 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1758 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1759 /// available time and so stop the search.
1760
1761 void check_time() {
1762
1763   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1764   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1765
1766   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1767   {
1768       lastInfoTime = Time::now();
1769       dbg_print();
1770   }
1771
1772   if (Limits.ponder)
1773       return;
1774
1775   if (Limits.nodes)
1776   {
1777       Threads.mutex.lock();
1778
1779       nodes = RootPos.nodes_searched();
1780
1781       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1782       // all the currently active positions nodes.
1783       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1784           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1785           {
1786               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1787
1788               sp.mutex.lock();
1789
1790               nodes += sp.nodes;
1791               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1792               while (sm)
1793               {
1794                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1795                   if (pos)
1796                       nodes += pos->nodes_searched();
1797               }
1798
1799               sp.mutex.unlock();
1800           }
1801
1802       Threads.mutex.unlock();
1803   }
1804
1805   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1806   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1807                          && !Signals.failedLowAtRoot
1808                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1809
1810   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1811                    || stillAtFirstMove;
1812
1813   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1814       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1815       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1816       Signals.stop = true;
1817 }