Microptimize MoveList loop
[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             Log log(Options["Search Log Filename"]);
420             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
421                 << std::endl;
422         }
423
424         // Do we have found a "mate in x"?
425         if (   Limits.mate
426             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
427             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
428             Signals.stop = true;
429
430         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
431         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
432         {
433             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
434
435             // Take in account some extra time if the best move has changed
436             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
437                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
438
439             // Stop search if most of available time is already consumed. We
440             // probably don't have enough time to search the first move at the
441             // next iteration anyway.
442             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
443                 stop = true;
444
445             // Stop search early if one move seems to be much better than others
446             if (    depth >= 12
447                 && !stop
448                 &&  PVSize == 1
449                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
450                 && (   RootMoves.size() == 1
451                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
452             {
453                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
454                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
455                 (ss+1)->skipNullMove = true;
456                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
457                 (ss+1)->skipNullMove = false;
458                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
459
460                 if (v < rBeta)
461                     stop = true;
462             }
463
464             if (stop)
465             {
466                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
467                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
468                 if (Limits.ponder)
469                     Signals.stopOnPonderhit = true;
470                 else
471                     Signals.stop = true;
472             }
473         }
474     }
475   }
476
477
478   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
479   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
480   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
481   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
482   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
483   // here: This is taken care of after we return from the split point.
484
485   template <NodeType NT>
486   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
487
488     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
489     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
490     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
491
492     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
493     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
494     assert(depth > DEPTH_ZERO);
495
496     Move movesSearched[64];
497     StateInfo st;
498     const TTEntry *tte;
499     SplitPoint* splitPoint;
500     Key posKey;
501     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
502     Depth ext, newDepth;
503     Value bestValue, value, ttValue;
504     Value eval, nullValue, futilityValue;
505     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
506     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
507     int moveCount, playedMoveCount;
508
509     // Step 1. Initialize node
510     Thread* thisThread = pos.this_thread();
511     moveCount = playedMoveCount = 0;
512     inCheck = pos.checkers();
513
514     if (SpNode)
515     {
516         splitPoint = ss->splitPoint;
517         bestMove   = splitPoint->bestMove;
518         threatMove = splitPoint->threatMove;
519         bestValue  = splitPoint->bestValue;
520         tte = NULL;
521         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
522         ttValue = VALUE_NONE;
523
524         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
525
526         goto split_point_start;
527     }
528
529     bestValue = -VALUE_INFINITE;
530     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
531     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
532     ss->futilityMoveCount = 0;
533     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
534     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
535
536     // Used to send selDepth info to GUI
537     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
538         thisThread->maxPly = ss->ply;
539
540     if (!RootNode)
541     {
542         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
543         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
544             return DrawValue[pos.side_to_move()];
545
546         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
547         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
548         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
549         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
550         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
551         // in this case return a fail-high score.
552         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
553         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
554         if (alpha >= beta)
555             return alpha;
556     }
557
558     // Step 4. Transposition table lookup
559     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
560     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
561     excludedMove = ss->excludedMove;
562     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
563     tte = TT.probe(posKey);
564     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
565     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
566
567     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
568     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
569     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
570     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
571     if (   !RootNode
572         && tte
573         && tte->depth() >= depth
574         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
575         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
576             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
577                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
578     {
579         TT.refresh(tte);
580         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
581
582         if (    ttValue >= beta
583             &&  ttMove
584             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
585             &&  ttMove != ss->killers[0])
586         {
587             ss->killers[1] = ss->killers[0];
588             ss->killers[0] = ttMove;
589         }
590         return ttValue;
591     }
592
593     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
594     if (inCheck)
595         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
596
597     else if (tte)
598     {
599         // Never assume anything on values stored in TT
600         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
601             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
602             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
603
604         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
605         if (ttValue != VALUE_NONE)
606             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
607                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
608                 eval = ttValue;
609     }
610     else
611     {
612         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
613         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
614                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
615     }
616
617     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
618     // evaluation before and after the move.
619     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
620         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
621         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
622         && !pos.captured_piece_type()
623         &&  type_of(move) == NORMAL)
624     {
625         Square to = to_sq(move);
626         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
627     }
628
629     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
630     if (   !PvNode
631         &&  depth < 4 * ONE_PLY
632         && !inCheck
633         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
634         &&  ttMove == MOVE_NONE
635         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
636         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
637     {
638         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
639         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
640         if (v < rbeta)
641             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
642             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
643             return v;
644     }
645
646     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
647     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
648     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
649     if (   !PvNode
650         && !ss->skipNullMove
651         &&  depth < 4 * ONE_PLY
652         && !inCheck
653         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
655         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
656         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
657         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
658
659     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
660     if (   !PvNode
661         && !ss->skipNullMove
662         &&  depth > ONE_PLY
663         && !inCheck
664         &&  eval >= beta
665         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
666         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
667     {
668         ss->currentMove = MOVE_NULL;
669
670         // Null move dynamic reduction based on depth
671         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
672
673         // Null move dynamic reduction based on value
674         if (eval - PawnValueMg > beta)
675             R += ONE_PLY;
676
677         pos.do_null_move(st);
678         (ss+1)->skipNullMove = true;
679         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
680                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
681         (ss+1)->skipNullMove = false;
682         pos.undo_null_move();
683
684         if (nullValue >= beta)
685         {
686             // Do not return unproven mate scores
687             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
688                 nullValue = beta;
689
690             if (depth < 12 * ONE_PLY)
691                 return nullValue;
692
693             // Do verification search at high depths
694             ss->skipNullMove = true;
695             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
696             ss->skipNullMove = false;
697
698             if (v >= beta)
699                 return nullValue;
700         }
701         else
702         {
703             // The null move failed low, which means that we may be faced with
704             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
705             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
706             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
707             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
708             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
709             threatMove = (ss+1)->currentMove;
710
711             if (   depth < 5 * ONE_PLY
712                 && (ss-1)->reduction
713                 && threatMove != MOVE_NONE
714                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
715                 return beta - 1;
716         }
717     }
718
719     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
720     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
721     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
722     // prune the previous move.
723     if (   !PvNode
724         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
725         && !inCheck
726         && !ss->skipNullMove
727         &&  excludedMove == MOVE_NONE
728         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
729     {
730         Value rbeta = beta + 200;
731         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
732
733         assert(rdepth >= ONE_PLY);
734         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
735         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
736
737         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
738         CheckInfo ci(pos);
739
740         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
741             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
742             {
743                 ss->currentMove = move;
744                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
745                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
746                 pos.undo_move(move);
747                 if (value >= rbeta)
748                     return value;
749             }
750     }
751
752     // Step 10. Internal iterative deepening
753     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
754         && ttMove == MOVE_NONE
755         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
756     {
757         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
758
759         ss->skipNullMove = true;
760         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
761         ss->skipNullMove = false;
762
763         tte = TT.probe(posKey);
764         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
765     }
766
767 split_point_start: // At split points actual search starts from here
768
769     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
770     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
771                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
772
773     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
774     CheckInfo ci(pos);
775     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
776     singularExtensionNode =   !RootNode
777                            && !SpNode
778                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
779                            &&  ttMove != MOVE_NONE
780                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
781                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
782                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
783
784     // Step 11. Loop through moves
785     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
786     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
787     {
788       assert(is_ok(move));
789
790       if (move == excludedMove)
791           continue;
792
793       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
794       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
795       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
796       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
797           continue;
798
799       if (SpNode)
800       {
801           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
802           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
803               continue;
804
805           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
806           splitPoint->mutex.unlock();
807       }
808       else
809           moveCount++;
810
811       if (RootNode)
812       {
813           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
814
815           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
816               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
817                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
818                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
819       }
820
821       ext = DEPTH_ZERO;
822       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
823       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
824       dangerous =   givesCheck
825                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
826                  || type_of(move) == CASTLE
827                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
828                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
829                      && type_of(move) == NORMAL
830                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
831                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
832
833       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
834       if (PvNode && dangerous)
835           ext = ONE_PLY;
836
837       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
838           ext = ONE_PLY / 2;
839
840       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
841       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
842       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
843       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
844       // a margin then we extend ttMove.
845       if (    singularExtensionNode
846           &&  move == ttMove
847           && !ext
848           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
849           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
850       {
851           assert(ttValue != VALUE_NONE);
852
853           Value rBeta = ttValue - int(depth);
854           ss->excludedMove = move;
855           ss->skipNullMove = true;
856           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
857           ss->skipNullMove = false;
858           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
859
860           if (value < rBeta)
861               ext = ONE_PLY;
862       }
863
864       // Update current move (this must be done after singular extension search)
865       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
866
867       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
868       if (   !PvNode
869           && !captureOrPromotion
870           && !inCheck
871           && !dangerous
872        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
873           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
874       {
875           // Move count based pruning
876           if (   depth < 16 * ONE_PLY
877               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
878               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
879           {
880               if (SpNode)
881                   splitPoint->mutex.lock();
882
883               continue;
884           }
885
886           // Value based pruning
887           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
888           // but fixing this made program slightly weaker.
889           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
890           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
891                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
892
893           if (futilityValue < beta)
894           {
895               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
896
897               if (SpNode)
898               {
899                   splitPoint->mutex.lock();
900                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
901                       splitPoint->bestValue = bestValue;
902               }
903               continue;
904           }
905
906           // Prune moves with negative SEE at low depths
907           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
908               && pos.see_sign(move) < 0)
909           {
910               if (SpNode)
911                   splitPoint->mutex.lock();
912
913               continue;
914           }
915
916           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
917           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
918           ss->futilityMoveCount = moveCount;
919       }
920       else
921           ss->futilityMoveCount = 0;
922
923       // Check for legality only before to do the move
924       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
925       {
926           moveCount--;
927           continue;
928       }
929
930       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
931       ss->currentMove = move;
932       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
933           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
934
935       // Step 14. Make the move
936       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
937
938       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
939       // re-searched at full depth.
940       if (    depth > 3 * ONE_PLY
941           && !pvMove
942           && !captureOrPromotion
943           && !dangerous
944           &&  move != ttMove
945           &&  move != ss->killers[0]
946           &&  move != ss->killers[1])
947       {
948           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
949           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
950               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
951
952           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
953           if (SpNode)
954               alpha = splitPoint->alpha;
955
956           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
957
958           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
959           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
960       }
961       else
962           doFullDepthSearch = !pvMove;
963
964       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
965       if (doFullDepthSearch)
966       {
967           if (SpNode)
968               alpha = splitPoint->alpha;
969
970           value = newDepth < ONE_PLY ?
971                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
972                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
973                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
974       }
975
976       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
977       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
978       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
979       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
980           value = newDepth < ONE_PLY ?
981                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
982                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
983                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
984       // Step 17. Undo move
985       pos.undo_move(move);
986
987       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
988
989       // Step 18. Check for new best move
990       if (SpNode)
991       {
992           splitPoint->mutex.lock();
993           bestValue = splitPoint->bestValue;
994           alpha = splitPoint->alpha;
995       }
996
997       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
998       // was aborted because the user interrupted the search or because we
999       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1000       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1001       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1002           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1003
1004       if (RootNode)
1005       {
1006           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1007
1008           // PV move or new best move ?
1009           if (pvMove || value > alpha)
1010           {
1011               rm.score = value;
1012               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1013
1014               // We record how often the best move has been changed in each
1015               // iteration. This information is used for time management: When
1016               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1017               if (!pvMove)
1018                   BestMoveChanges++;
1019           }
1020           else
1021               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1022               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1023               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1024               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1025       }
1026
1027       if (value > bestValue)
1028       {
1029           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1030
1031           if (value > alpha)
1032           {
1033               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1034
1035               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1036                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1037               else
1038               {
1039                   assert(value >= beta); // Fail high
1040
1041                   if (SpNode)
1042                       splitPoint->cutoff = true;
1043
1044                   break;
1045               }
1046           }
1047       }
1048
1049       // Step 19. Check for splitting the search
1050       if (   !SpNode
1051           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1052           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1053           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1054       {
1055           assert(bestValue < beta);
1056
1057           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1058                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1059           if (bestValue >= beta)
1060               break;
1061       }
1062     }
1063
1064     if (SpNode)
1065         return bestValue;
1066
1067     // Step 20. Check for mate and stalemate
1068     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1069     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1070     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1071     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1072     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1073     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1074     if (!moveCount)
1075         return  excludedMove ? alpha
1076               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1077
1078     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1079     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1080     {
1081         assert(!playedMoveCount);
1082
1083         bestValue = alpha;
1084     }
1085
1086     if (bestValue >= beta) // Failed high
1087     {
1088         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1089                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1090
1091         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1092         {
1093             if (bestMove != ss->killers[0])
1094             {
1095                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1096                 ss->killers[0] = bestMove;
1097             }
1098
1099             // Increase history value of the cut-off move
1100             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1101             History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1102             if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1103                 Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1104
1105             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1106             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1107             {
1108                 Move m = movesSearched[i];
1109                 History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1110             }
1111         }
1112     }
1113     else // Failed low or PV search
1114         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1115                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1116                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
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, enoughMaterial, 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. At PV nodes, we don't use the TT for
1165     // pruning, but only for move ordering.
1166     posKey = pos.key();
1167     tte = TT.probe(posKey);
1168     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1169     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1170
1171     if (   tte
1172         && tte->depth() >= ttDepth
1173         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1174         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1175             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1176                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1177     {
1178         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1179         return ttValue;
1180     }
1181
1182     // Evaluate the position statically
1183     if (InCheck)
1184     {
1185         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1186         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1187         enoughMaterial = false;
1188     }
1189     else
1190     {
1191         if (tte)
1192         {
1193             // Never assume anything on values stored in TT
1194             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1195                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1196                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1197         }
1198         else
1199             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1200
1201         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1202         if (bestValue >= beta)
1203         {
1204             if (!tte)
1205                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1206                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1207
1208             return bestValue;
1209         }
1210
1211         if (PvNode && bestValue > alpha)
1212             alpha = bestValue;
1213
1214         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1215         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1216     }
1217
1218     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1219     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1220     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1221     // be generated.
1222     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1223     CheckInfo ci(pos);
1224
1225     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1226     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1227     {
1228       assert(is_ok(move));
1229
1230       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1231
1232       // Futility pruning
1233       if (   !PvNode
1234           && !InCheck
1235           && !givesCheck
1236           &&  move != ttMove
1237           &&  enoughMaterial
1238           &&  type_of(move) != PROMOTION
1239           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1240       {
1241           futilityValue =  futilityBase
1242                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1243                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1244
1245           if (futilityValue < beta)
1246           {
1247               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1248               continue;
1249           }
1250
1251           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1252           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1253           if (   futilityBase < beta
1254               && depth < DEPTH_ZERO
1255               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1256           {
1257               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1258               continue;
1259           }
1260       }
1261
1262       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1263       evasionPrunable =   !PvNode
1264                        &&  InCheck
1265                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1266                        && !pos.is_capture(move)
1267                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1268
1269       // Don't search moves with negative SEE values
1270       if (   !PvNode
1271           && (!InCheck || evasionPrunable)
1272           &&  move != ttMove
1273           &&  type_of(move) != PROMOTION
1274           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1275           continue;
1276
1277       // Don't search useless checks
1278       if (   !PvNode
1279           && !InCheck
1280           &&  givesCheck
1281           &&  move != ttMove
1282           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1283           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1284           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1285           continue;
1286
1287       // Check for legality only before to do the move
1288       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1289           continue;
1290
1291       ss->currentMove = move;
1292
1293       // Make and search the move
1294       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1295       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1296                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1297       pos.undo_move(move);
1298
1299       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1300
1301       // Check for new best move
1302       if (value > bestValue)
1303       {
1304           bestValue = value;
1305
1306           if (value > alpha)
1307           {
1308               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1309               {
1310                   alpha = value;
1311                   bestMove = move;
1312               }
1313               else // Fail high
1314               {
1315                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1316                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1317
1318                   return value;
1319               }
1320           }
1321        }
1322     }
1323
1324     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1325     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1326     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1327         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1328
1329     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1330              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1331              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1332
1333     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1334
1335     return bestValue;
1336   }
1337
1338
1339   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1340   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1341   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1342
1343   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1344
1345     assert(v != VALUE_NONE);
1346
1347     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1348           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1349   }
1350
1351
1352   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1353   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1354   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1355
1356   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1357
1358     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1359           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1360           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1361   }
1362
1363
1364   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1365
1366   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1367   {
1368     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1369     Square from = from_sq(move);
1370     Square to = to_sq(move);
1371     Color them = ~pos.side_to_move();
1372     Square ksq = pos.king_square(them);
1373     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1374     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1375     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1376     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1377     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1378
1379     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1380     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1381         return true;
1382
1383     // Queen contact check is very dangerous
1384     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1385         return true;
1386
1387     // Creating new double threats with checks is dangerous
1388     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1389     while (b)
1390     {
1391         // Note that here we generate illegal "double move"!
1392         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1393             return true;
1394     }
1395
1396     return false;
1397   }
1398
1399
1400   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1401   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1402   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1403   // from a null search that fails low).
1404
1405   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1406
1407     assert(is_ok(first));
1408     assert(is_ok(second));
1409     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1410     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1411
1412     Square m1from = from_sq(first);
1413     Square m2from = from_sq(second);
1414     Square m1to = to_sq(first);
1415     Square m2to = to_sq(second);
1416
1417     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1418     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1419         return true;
1420
1421     // Second one moves through the square vacated by first one
1422     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1423       return true;
1424
1425     // Second's destination is defended by the first move's piece
1426     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1427     if (m1att & m2to)
1428         return true;
1429
1430     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1431     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1432     {
1433         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1434         return true;
1435     }
1436
1437     return false;
1438   }
1439
1440
1441   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1442   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1443   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1444
1445   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1446
1447     assert(is_ok(first));
1448     assert(is_ok(second));
1449
1450     Square m1from = from_sq(first);
1451     Square m2from = from_sq(second);
1452     Square m1to = to_sq(first);
1453     Square m2to = to_sq(second);
1454
1455     // Don't prune moves of the threatened piece
1456     if (m1from == m2to)
1457         return true;
1458
1459     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1460     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1461     if (    pos.is_capture(second)
1462         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1463             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1464     {
1465         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1466         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1467         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1468
1469         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1470         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1471             return true;
1472
1473         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1474         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1475                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1476
1477         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1478         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1479             return true;
1480     }
1481
1482     // Don't prune safe moves which block the threat path
1483     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1484         return true;
1485
1486     return false;
1487   }
1488
1489
1490   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1491   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1492
1493   Move Skill::pick_move() {
1494
1495     static RKISS rk;
1496
1497     // PRNG sequence should be not deterministic
1498     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1499         rk.rand<unsigned>();
1500
1501     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1502     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1503     int weakness = 120 - 2 * level;
1504     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1505     best = MOVE_NONE;
1506
1507     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1508     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1509     // then we choose the move with the resulting highest score.
1510     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1511     {
1512         int s = RootMoves[i].score;
1513
1514         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1515         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1516             break;
1517
1518         // This is our magic formula
1519         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1520               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1521
1522         if (s > max_s)
1523         {
1524             max_s = s;
1525             best = RootMoves[i].pv[0];
1526         }
1527     }
1528     return best;
1529   }
1530
1531
1532   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1533   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1534   // the previous search score.
1535
1536   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1537
1538     std::stringstream s;
1539     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1540     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1541     int selDepth = 0;
1542
1543     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1544         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1545             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1546
1547     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1548     {
1549         bool updated = (i <= PVIdx);
1550
1551         if (depth == 1 && !updated)
1552             continue;
1553
1554         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1555         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1556
1557         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1558             s << "\n";
1559
1560         s << "info depth " << d
1561           << " seldepth "  << selDepth
1562           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1563           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1564           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1565           << " time "      << elaspsed
1566           << " multipv "   << i + 1
1567           << " pv";
1568
1569         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1570             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1571     }
1572
1573     return s.str();
1574   }
1575
1576 } // namespace
1577
1578
1579 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1580 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1581 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1582 /// long PV to print that is important for position analysis.
1583
1584 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1585
1586   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1587   TTEntry* tte;
1588   int ply = 0;
1589   Move m = pv[0];
1590
1591   pv.clear();
1592
1593   do {
1594       pv.push_back(m);
1595
1596       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1597
1598       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1599       tte = TT.probe(pos.key());
1600
1601   } while (   tte
1602            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1603            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1604            && ply < MAX_PLY
1605            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1606
1607   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1608
1609   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1610 }
1611
1612
1613 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1614 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1615 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1616
1617 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1618
1619   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1620   TTEntry* tte;
1621   int ply = 0;
1622
1623   do {
1624       tte = TT.probe(pos.key());
1625
1626       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1627           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1628
1629       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1630
1631       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1632
1633   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1634
1635   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1636 }
1637
1638
1639 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1640
1641 void Thread::idle_loop() {
1642
1643   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1644   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1645   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1646
1647   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1648
1649   while (true)
1650   {
1651       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1652       // wasting CPU time polling for work.
1653       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1654       {
1655           if (exit)
1656           {
1657               assert(!this_sp);
1658               return;
1659           }
1660
1661           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1662           mutex.lock();
1663
1664           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1665           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1666           {
1667               mutex.unlock();
1668               break;
1669           }
1670
1671           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1672           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1673           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1674           // we had the chance to grab the lock.
1675           if (!searching && !exit)
1676               sleepCondition.wait(mutex);
1677
1678           mutex.unlock();
1679       }
1680
1681       // If this thread has been assigned work, launch a search
1682       if (searching)
1683       {
1684           assert(!exit);
1685
1686           Threads.mutex.lock();
1687
1688           assert(searching);
1689           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1690
1691           Threads.mutex.unlock();
1692
1693           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1694           Position pos(*sp->pos, this);
1695
1696           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1697           (ss+1)->splitPoint = sp;
1698
1699           sp->mutex.lock();
1700
1701           assert(activePosition == NULL);
1702
1703           activePosition = &pos;
1704
1705           switch (sp->nodeType) {
1706           case Root:
1707               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1708               break;
1709           case PV:
1710               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1711               break;
1712           case NonPV:
1713               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1714               break;
1715           default:
1716               assert(false);
1717           }
1718
1719           assert(searching);
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 }