Merge branch 'master' into aspiration
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   size_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172
173 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
174 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
175 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
176
177 void Search::think() {
178
179   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
180
181   RootColor = RootPos.side_to_move();
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
183
184   if (RootMoves.empty())
185   {
186       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190
191       goto finalize;
192   }
193
194   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
195   {
196       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
197
198       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
199       {
200           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
201           goto finalize;
202       }
203   }
204
205   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
206   {
207       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
208       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
209       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
210       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
211   }
212   else
213       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
214
215   if (Options["Use Search Log"])
216   {
217       Log log(Options["Search Log Filename"]);
218       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
219           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
220           << " ponder: "      << Limits.ponder
221           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
222           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
223           << " moves to go: " << Limits.movestogo
224           << std::endl;
225   }
226
227   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
228   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
229       Threads[i]->maxPly = 0;
230
231   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
232
233   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
234   // used to check for remaining available thinking time.
235   Threads.timer->msec =
236   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
237                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
238                                : 100;
239
240   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
245   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When search is stopped this info is not printed
265   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
266             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
270   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
271   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
272   // raise Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
277   }
278
279   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
280   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
281             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
282             << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
295     int depth, prevBestMoveChanges;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297
298     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
299     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
300
301     depth = BestMoveChanges = 0;
302     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303     beta = VALUE_INFINITE;
304
305     TT.new_search();
306     History.clear();
307     Gains.clear();
308     Countermoves.clear();
309
310     PVSize = Options["MultiPV"];
311     Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
314     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
316         PVSize = 4;
317
318     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
319
320     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
321     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
322     {
323         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
324         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
325         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
326             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
327
328         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
329         BestMoveChanges = 0;
330
331         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
332         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
333         {
334             // Reset aspiration window starting size
335             if (depth >= 5)
336             {
337                 delta = Value(16);
338                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
339                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
340             }
341
342             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
343             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
349                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
350                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
351                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
352                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
353                 // the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
363                 // valid, although refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     return;
366
367                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
368                 // research, otherwise exit the loop.
369                 if (bestValue <= alpha)
370                 {
371                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
372
373                     Signals.failedLowAtRoot = true;
374                     Signals.stopOnPonderhit = false;
375                 }
376                 else if (bestValue >= beta)
377                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
378
379                 else
380                     break;
381
382                 delta += delta / 2;
383
384                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
385
386                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
387                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
388                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
389             }
390
391             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
392             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
393
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             RootMove& rm = RootMoves[0];
405             if (skill.best != MOVE_NONE)
406                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
407
408             Log log(Options["Search Log Filename"]);
409             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
410                 << std::endl;
411         }
412
413         // Do we have found a "mate in x"?
414         if (   Limits.mate
415             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
416             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
417             Signals.stop = true;
418
419         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
420         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
421         {
422             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
423
424             // Take in account some extra time if the best move has changed
425             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
426                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
427
428             // Stop search if most of available time is already consumed. We
429             // probably don't have enough time to search the first move at the
430             // next iteration anyway.
431             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
432                 stop = true;
433
434             // Stop search early if one move seems to be much better than others
435             if (    depth >= 12
436                 && !stop
437                 &&  PVSize == 1
438                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
439                 && (   RootMoves.size() == 1
440                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
441             {
442                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
443                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
444                 ss->skipNullMove = true;
445                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
446                 ss->skipNullMove = false;
447                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
448
449                 if (v < rBeta)
450                     stop = true;
451             }
452
453             if (stop)
454             {
455                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
456                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
457                 if (Limits.ponder)
458                     Signals.stopOnPonderhit = true;
459                 else
460                     Signals.stop = true;
461             }
462         }
463     }
464   }
465
466
467   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
468   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
469   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
470   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
471   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
472   // here: This is taken care of after we return from the split point.
473
474   template <NodeType NT>
475   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
476
477     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
479     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
480
481     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
482     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
483     assert(depth > DEPTH_ZERO);
484
485     Move quietsSearched[64];
486     StateInfo st;
487     const TTEntry *tte;
488     SplitPoint* splitPoint;
489     Key posKey;
490     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
491     Depth ext, newDepth;
492     Value bestValue, value, ttValue;
493     Value eval, nullValue, futilityValue;
494     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
495     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
496     int moveCount, quietCount;
497
498     // Step 1. Initialize node
499     Thread* thisThread = pos.this_thread();
500     moveCount = quietCount = 0;
501     inCheck = pos.checkers();
502
503     if (SpNode)
504     {
505         splitPoint = ss->splitPoint;
506         bestMove   = splitPoint->bestMove;
507         threatMove = splitPoint->threatMove;
508         bestValue  = splitPoint->bestValue;
509         tte = NULL;
510         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
511         ttValue = VALUE_NONE;
512
513         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
514
515         goto split_point_start;
516     }
517
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     ss->futilityMoveCount = 0;
522     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
523     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
524
525     // Used to send selDepth info to GUI
526     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
527         thisThread->maxPly = ss->ply;
528
529     if (!RootNode)
530     {
531         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
532         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
533             return DrawValue[pos.side_to_move()];
534
535         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
536         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
537         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
538         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
539         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
540         // in this case return a fail-high score.
541         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
542         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
543         if (alpha >= beta)
544             return alpha;
545     }
546
547     // Step 4. Transposition table lookup
548     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
549     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
550     excludedMove = ss->excludedMove;
551     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
552     tte = TT.probe(posKey);
553     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
554     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
555
556     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
557     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
558     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
559     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
560     if (   !RootNode
561         && tte
562         && tte->depth() >= depth
563         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
564         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
565             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
566                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
567     {
568         TT.refresh(tte);
569         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
570
571         if (    ttValue >= beta
572             &&  ttMove
573             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
574             &&  ttMove != ss->killers[0])
575         {
576             ss->killers[1] = ss->killers[0];
577             ss->killers[0] = ttMove;
578         }
579         return ttValue;
580     }
581
582     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
583     if (inCheck)
584         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
585
586     else if (tte)
587     {
588         // Never assume anything on values stored in TT
589         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
590             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
591             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
592
593         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
594         if (ttValue != VALUE_NONE)
595             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
596                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
597                 eval = ttValue;
598     }
599     else
600     {
601         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
602         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
603                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
604     }
605
606     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
607     // evaluation before and after the move.
608     if (   !pos.captured_piece_type()
609         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
610         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
611         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
612         &&  type_of(move) == NORMAL)
613     {
614         Square to = to_sq(move);
615         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
616     }
617
618     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
619     if (   !PvNode
620         &&  depth < 4 * ONE_PLY
621         && !inCheck
622         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
623         &&  ttMove == MOVE_NONE
624         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
625         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
626     {
627         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
628         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
629         if (v < rbeta)
630             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
631             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
632             return v;
633     }
634
635     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
636     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
637     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
638     if (   !PvNode
639         && !ss->skipNullMove
640         &&  depth < 4 * ONE_PLY
641         && !inCheck
642         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
643         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
644         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
645         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
646         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
647
648     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
649     if (   !PvNode
650         && !ss->skipNullMove
651         &&  depth > ONE_PLY
652         && !inCheck
653         &&  eval >= beta
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
655         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
656     {
657         ss->currentMove = MOVE_NULL;
658
659         // Null move dynamic reduction based on depth
660         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
661
662         // Null move dynamic reduction based on value
663         if (eval - PawnValueMg > beta)
664             R += ONE_PLY;
665
666         pos.do_null_move(st);
667         (ss+1)->skipNullMove = true;
668         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
669                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
670         (ss+1)->skipNullMove = false;
671         pos.undo_null_move();
672
673         if (nullValue >= beta)
674         {
675             // Do not return unproven mate scores
676             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
677                 nullValue = beta;
678
679             if (depth < 12 * ONE_PLY)
680                 return nullValue;
681
682             // Do verification search at high depths
683             ss->skipNullMove = true;
684             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
685             ss->skipNullMove = false;
686
687             if (v >= beta)
688                 return nullValue;
689         }
690         else
691         {
692             // The null move failed low, which means that we may be faced with
693             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
694             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
695             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
696             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
697             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
698             threatMove = (ss+1)->currentMove;
699
700             if (   depth < 5 * ONE_PLY
701                 && (ss-1)->reduction
702                 && threatMove != MOVE_NONE
703                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
704                 return alpha;
705         }
706     }
707
708     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
709     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
710     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
711     // prune the previous move.
712     if (   !PvNode
713         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
714         && !inCheck
715         && !ss->skipNullMove
716         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
717     {
718         Value rbeta = beta + 200;
719         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
720
721         assert(rdepth >= ONE_PLY);
722         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
723         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
724
725         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
726         CheckInfo ci(pos);
727
728         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
729             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
730             {
731                 ss->currentMove = move;
732                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
733                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
734                 pos.undo_move(move);
735                 if (value >= rbeta)
736                     return value;
737             }
738     }
739
740     // Step 10. Internal iterative deepening
741     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
742         && ttMove == MOVE_NONE
743         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
744     {
745         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
746
747         ss->skipNullMove = true;
748         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
749         ss->skipNullMove = false;
750
751         tte = TT.probe(posKey);
752         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
753     }
754
755 split_point_start: // At split points actual search starts from here
756
757     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
758     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
759                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
760
761     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
762     CheckInfo ci(pos);
763     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
764     singularExtensionNode =   !RootNode
765                            && !SpNode
766                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
767                            &&  ttMove != MOVE_NONE
768                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
769                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
770                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
771
772     // Step 11. Loop through moves
773     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
774     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
775     {
776       assert(is_ok(move));
777
778       if (move == excludedMove)
779           continue;
780
781       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
782       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
783       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
784       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
785           continue;
786
787       if (SpNode)
788       {
789           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
790           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
791               continue;
792
793           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
794           splitPoint->mutex.unlock();
795       }
796       else
797           moveCount++;
798
799       if (RootNode)
800       {
801           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
802
803           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
804               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
805                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
806                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
807       }
808
809       ext = DEPTH_ZERO;
810       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
811       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
812       dangerous =   givesCheck
813                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
814                  || type_of(move) == CASTLE
815                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
816                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
817                      && type_of(move) == NORMAL
818                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
819                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
820
821       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
822       if (PvNode && dangerous)
823           ext = ONE_PLY;
824
825       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
826           ext = ONE_PLY / 2;
827
828       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
829       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
830       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
831       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
832       // a margin then we extend ttMove.
833       if (    singularExtensionNode
834           &&  move == ttMove
835           && !ext
836           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
837           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
838       {
839           assert(ttValue != VALUE_NONE);
840
841           Value rBeta = ttValue - int(depth);
842           ss->excludedMove = move;
843           ss->skipNullMove = true;
844           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
845           ss->skipNullMove = false;
846           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
847
848           if (value < rBeta)
849               ext = ONE_PLY;
850       }
851
852       // Update current move (this must be done after singular extension search)
853       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
854
855       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
856       if (   !PvNode
857           && !captureOrPromotion
858           && !inCheck
859           && !dangerous
860        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
861           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
862       {
863           // Move count based pruning
864           if (   depth < 16 * ONE_PLY
865               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
866               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
867           {
868               if (SpNode)
869                   splitPoint->mutex.lock();
870
871               continue;
872           }
873
874           // Value based pruning
875           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
876           // but fixing this made program slightly weaker.
877           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
878           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
879                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
880
881           if (futilityValue < beta)
882           {
883               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
884
885               if (SpNode)
886               {
887                   splitPoint->mutex.lock();
888                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
889                       splitPoint->bestValue = bestValue;
890               }
891               continue;
892           }
893
894           // Prune moves with negative SEE at low depths
895           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
896               && pos.see_sign(move) < 0)
897           {
898               if (SpNode)
899                   splitPoint->mutex.lock();
900
901               continue;
902           }
903
904           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
905           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
906           ss->futilityMoveCount = moveCount;
907       }
908       else
909           ss->futilityMoveCount = 0;
910
911       // Check for legality only before to do the move
912       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
913       {
914           moveCount--;
915           continue;
916       }
917
918       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
919       ss->currentMove = move;
920       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
921           quietsSearched[quietCount++] = move;
922
923       // Step 14. Make the move
924       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
925
926       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
927       // re-searched at full depth.
928       if (    depth > 3 * ONE_PLY
929           && !pvMove
930           && !captureOrPromotion
931           && !dangerous
932           &&  move != ttMove
933           &&  move != ss->killers[0]
934           &&  move != ss->killers[1])
935       {
936           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
937
938           if (!PvNode && cutNode)
939               ss->reduction += ONE_PLY;
940
941           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
942               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
943
944           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
945           if (SpNode)
946               alpha = splitPoint->alpha;
947
948           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
949
950           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
951           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
952       }
953       else
954           doFullDepthSearch = !pvMove;
955
956       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
957       if (doFullDepthSearch)
958       {
959           if (SpNode)
960               alpha = splitPoint->alpha;
961
962           value = newDepth < ONE_PLY ?
963                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
964                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
965                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
966       }
967
968       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
969       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
970       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
971       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
972           value = newDepth < ONE_PLY ?
973                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
976       // Step 17. Undo move
977       pos.undo_move(move);
978
979       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
980
981       // Step 18. Check for new best move
982       if (SpNode)
983       {
984           splitPoint->mutex.lock();
985           bestValue = splitPoint->bestValue;
986           alpha = splitPoint->alpha;
987       }
988
989       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
990       // was aborted because the user interrupted the search or because we
991       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
992       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
993       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
994           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
995
996       if (RootNode)
997       {
998           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
999
1000           // PV move or new best move ?
1001           if (pvMove || value > alpha)
1002           {
1003               rm.score = value;
1004               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1005
1006               // We record how often the best move has been changed in each
1007               // iteration. This information is used for time management: When
1008               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1009               if (!pvMove)
1010                   BestMoveChanges++;
1011           }
1012           else
1013               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1014               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1015               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1016               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1017       }
1018
1019       if (value > bestValue)
1020       {
1021           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1022
1023           if (value > alpha)
1024           {
1025               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1026
1027               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1028                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1029               else
1030               {
1031                   assert(value >= beta); // Fail high
1032
1033                   if (SpNode)
1034                       splitPoint->cutoff = true;
1035
1036                   break;
1037               }
1038           }
1039       }
1040
1041       // Step 19. Check for splitting the search
1042       if (   !SpNode
1043           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1044           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1045           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1046       {
1047           assert(bestValue < beta);
1048
1049           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1050                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1051           if (bestValue >= beta)
1052               break;
1053       }
1054     }
1055
1056     if (SpNode)
1057         return bestValue;
1058
1059     // Step 20. Check for mate and stalemate
1060     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1061     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1062     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1063     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1064     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1065     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1066     if (!moveCount)
1067         return  excludedMove ? alpha
1068               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1069
1070     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1071     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1072         bestValue = alpha;
1073
1074     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1075              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1076              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1077              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1078
1079     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1080     if (    bestValue >= beta
1081         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1082         && !inCheck)
1083     {
1084         if (ss->killers[0] != bestMove)
1085         {
1086             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1087             ss->killers[0] = bestMove;
1088         }
1089
1090         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1091         // played non-capture moves.
1092         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1093         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1094         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1095         {
1096             Move m = quietsSearched[i];
1097             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1098         }
1099
1100         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1101             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1102     }
1103
1104     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1105
1106     return bestValue;
1107   }
1108
1109
1110   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1111   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1112   // less than ONE_PLY).
1113
1114   template <NodeType NT, bool InCheck>
1115   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1116
1117     const bool PvNode = (NT == PV);
1118
1119     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1120     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1121     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1122     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1123     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1124
1125     StateInfo st;
1126     const TTEntry* tte;
1127     Key posKey;
1128     Move ttMove, move, bestMove;
1129     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1130     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1131     Depth ttDepth;
1132
1133     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1134     if (PvNode)
1135         oldAlpha = alpha;
1136
1137     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1138     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1139
1140     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1141     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1142         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1143
1144     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1145     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1146     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1147     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1148                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1149
1150     // Transposition table lookup
1151     posKey = pos.key();
1152     tte = TT.probe(posKey);
1153     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1154     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1155
1156     if (   tte
1157         && tte->depth() >= ttDepth
1158         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1159         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1160             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1161                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1162     {
1163         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1164         return ttValue;
1165     }
1166
1167     // Evaluate the position statically
1168     if (InCheck)
1169     {
1170         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1171         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1172         enoughMaterial = false;
1173     }
1174     else
1175     {
1176         if (tte)
1177         {
1178             // Never assume anything on values stored in TT
1179             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1180                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1181                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1182         }
1183         else
1184             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1185
1186         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1187         if (bestValue >= beta)
1188         {
1189             if (!tte)
1190                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1191                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1192
1193             return bestValue;
1194         }
1195
1196         if (PvNode && bestValue > alpha)
1197             alpha = bestValue;
1198
1199         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1200         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1201     }
1202
1203     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1204     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1205     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1206     // be generated.
1207     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1208     CheckInfo ci(pos);
1209
1210     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1211     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1212     {
1213       assert(is_ok(move));
1214
1215       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1216
1217       // Futility pruning
1218       if (   !PvNode
1219           && !InCheck
1220           && !givesCheck
1221           &&  move != ttMove
1222           &&  enoughMaterial
1223           &&  type_of(move) != PROMOTION
1224           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1225       {
1226           futilityValue =  futilityBase
1227                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1228                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1229
1230           if (futilityValue < beta)
1231           {
1232               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1233               continue;
1234           }
1235
1236           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1237           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1238           if (   futilityBase < beta
1239               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1240           {
1241               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1242               continue;
1243           }
1244       }
1245
1246       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1247       evasionPrunable =   !PvNode
1248                        &&  InCheck
1249                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1250                        && !pos.is_capture(move)
1251                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1252
1253       // Don't search moves with negative SEE values
1254       if (   !PvNode
1255           && (!InCheck || evasionPrunable)
1256           &&  move != ttMove
1257           &&  type_of(move) != PROMOTION
1258           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1259           continue;
1260
1261       // Don't search useless checks
1262       if (   !PvNode
1263           && !InCheck
1264           &&  givesCheck
1265           &&  move != ttMove
1266           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1267           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1268           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1269           continue;
1270
1271       // Check for legality only before to do the move
1272       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1273           continue;
1274
1275       ss->currentMove = move;
1276
1277       // Make and search the move
1278       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1279       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1280                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1281       pos.undo_move(move);
1282
1283       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1284
1285       // Check for new best move
1286       if (value > bestValue)
1287       {
1288           bestValue = value;
1289
1290           if (value > alpha)
1291           {
1292               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1293               {
1294                   alpha = value;
1295                   bestMove = move;
1296               }
1297               else // Fail high
1298               {
1299                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1300                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1301
1302                   return value;
1303               }
1304           }
1305        }
1306     }
1307
1308     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1309     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1310     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1311         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1312
1313     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1314              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1315              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1316
1317     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1318
1319     return bestValue;
1320   }
1321
1322
1323   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1324   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1325   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1326
1327   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1328
1329     assert(v != VALUE_NONE);
1330
1331     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1332           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1333   }
1334
1335
1336   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1337   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1338   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1339
1340   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1341
1342     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1343           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1344           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1345   }
1346
1347
1348   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1349
1350   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1351   {
1352     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1353     Square from = from_sq(move);
1354     Square to = to_sq(move);
1355     Color them = ~pos.side_to_move();
1356     Square ksq = pos.king_square(them);
1357     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1358     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1359     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1360     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1361     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1362
1363     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1364     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1365         return true;
1366
1367     // Queen contact check is very dangerous
1368     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1369         return true;
1370
1371     // Creating new double threats with checks is dangerous
1372     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1373     while (b)
1374     {
1375         // Note that here we generate illegal "double move"!
1376         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1377             return true;
1378     }
1379
1380     return false;
1381   }
1382
1383
1384   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1385   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1386   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1387   // from a null search that fails low).
1388
1389   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1390
1391     assert(is_ok(first));
1392     assert(is_ok(second));
1393     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1394     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1395
1396     Square m1from = from_sq(first);
1397     Square m2from = from_sq(second);
1398     Square m1to = to_sq(first);
1399     Square m2to = to_sq(second);
1400
1401     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1402     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1403         return true;
1404
1405     // Second one moves through the square vacated by first one
1406     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1407       return true;
1408
1409     // Second's destination is defended by the first move's piece
1410     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1411     if (m1att & m2to)
1412         return true;
1413
1414     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1415     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1416     {
1417         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1418         return true;
1419     }
1420
1421     return false;
1422   }
1423
1424
1425   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1426   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1427   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1428
1429   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1430
1431     assert(is_ok(first));
1432     assert(is_ok(second));
1433
1434     Square m1from = from_sq(first);
1435     Square m2from = from_sq(second);
1436     Square m1to = to_sq(first);
1437     Square m2to = to_sq(second);
1438
1439     // Don't prune moves of the threatened piece
1440     if (m1from == m2to)
1441         return true;
1442
1443     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1444     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1445     if (    pos.is_capture(second)
1446         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1447             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1448     {
1449         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1450         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1451         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1452
1453         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1454         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1455             return true;
1456
1457         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1458         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1459                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1460
1461         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1462         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1463             return true;
1464     }
1465
1466     // Don't prune safe moves which block the threat path
1467     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1468         return true;
1469
1470     return false;
1471   }
1472
1473
1474   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1475   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1476
1477   Move Skill::pick_move() {
1478
1479     static RKISS rk;
1480
1481     // PRNG sequence should be not deterministic
1482     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1483         rk.rand<unsigned>();
1484
1485     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1486     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1487     int weakness = 120 - 2 * level;
1488     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1489     best = MOVE_NONE;
1490
1491     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1492     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1493     // then we choose the move with the resulting highest score.
1494     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1495     {
1496         int s = RootMoves[i].score;
1497
1498         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1499         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1500             break;
1501
1502         // This is our magic formula
1503         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1504               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1505
1506         if (s > max_s)
1507         {
1508             max_s = s;
1509             best = RootMoves[i].pv[0];
1510         }
1511     }
1512     return best;
1513   }
1514
1515
1516   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1517   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1518   // the previous search score.
1519
1520   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1521
1522     std::stringstream s;
1523     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1524     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1525     int selDepth = 0;
1526
1527     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1528         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1529             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1530
1531     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1532     {
1533         bool updated = (i <= PVIdx);
1534
1535         if (depth == 1 && !updated)
1536             continue;
1537
1538         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1539         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1540
1541         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1542             s << "\n";
1543
1544         s << "info depth " << d
1545           << " seldepth "  << selDepth
1546           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1547           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1548           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1549           << " time "      << elapsed
1550           << " multipv "   << i + 1
1551           << " pv";
1552
1553         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1554             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1555     }
1556
1557     return s.str();
1558   }
1559
1560 } // namespace
1561
1562
1563 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1564 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1565 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1566 /// long PV to print that is important for position analysis.
1567
1568 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1569
1570   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1571   const TTEntry* tte;
1572   int ply = 0;
1573   Move m = pv[0];
1574
1575   pv.clear();
1576
1577   do {
1578       pv.push_back(m);
1579
1580       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1581
1582       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1583       tte = TT.probe(pos.key());
1584
1585   } while (   tte
1586            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1587            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1588            && ply < MAX_PLY
1589            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1590
1591   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1592
1593   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1594 }
1595
1596
1597 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1598 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1599 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1600
1601 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1602
1603   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1604   const TTEntry* tte;
1605   int ply = 0;
1606
1607   do {
1608       tte = TT.probe(pos.key());
1609
1610       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1611           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1612
1613       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1614
1615       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1616
1617   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1618
1619   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1620 }
1621
1622
1623 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1624
1625 void Thread::idle_loop() {
1626
1627   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1628   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1629   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1630
1631   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1632
1633   while (true)
1634   {
1635       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1636       // wasting CPU time polling for work.
1637       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1638       {
1639           if (exit)
1640           {
1641               assert(!this_sp);
1642               return;
1643           }
1644
1645           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1646           mutex.lock();
1647
1648           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1649           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1650           {
1651               mutex.unlock();
1652               break;
1653           }
1654
1655           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1656           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1657           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1658           // we had the chance to grab the lock.
1659           if (!searching && !exit)
1660               sleepCondition.wait(mutex);
1661
1662           mutex.unlock();
1663       }
1664
1665       // If this thread has been assigned work, launch a search
1666       if (searching)
1667       {
1668           assert(!exit);
1669
1670           Threads.mutex.lock();
1671
1672           assert(searching);
1673           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1674
1675           Threads.mutex.unlock();
1676
1677           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1678           Position pos(*sp->pos, this);
1679
1680           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1681           ss->splitPoint = sp;
1682
1683           sp->mutex.lock();
1684
1685           assert(activePosition == NULL);
1686
1687           activePosition = &pos;
1688
1689           switch (sp->nodeType) {
1690           case Root:
1691               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1692               break;
1693           case PV:
1694               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1695               break;
1696           case NonPV:
1697               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1698               break;
1699           default:
1700               assert(false);
1701           }
1702
1703           assert(searching);
1704
1705           searching = false;
1706           activePosition = NULL;
1707           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1708           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1709
1710           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1711           // in case we are the last slave of the split point.
1712           if (    Threads.sleepWhileIdle
1713               &&  this != sp->masterThread
1714               && !sp->slavesMask)
1715           {
1716               assert(!sp->masterThread->searching);
1717               sp->masterThread->notify_one();
1718           }
1719
1720           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1721           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1722           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1723           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1724           sp->mutex.unlock();
1725       }
1726
1727       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1728       // their work at this split point, return from the idle loop.
1729       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1730       {
1731           this_sp->mutex.lock();
1732           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1733           this_sp->mutex.unlock();
1734           if (finished)
1735               return;
1736       }
1737   }
1738 }
1739
1740
1741 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1742 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1743 /// available time and so stop the search.
1744
1745 void check_time() {
1746
1747   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1748   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1749
1750   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1751   {
1752       lastInfoTime = Time::now();
1753       dbg_print();
1754   }
1755
1756   if (Limits.ponder)
1757       return;
1758
1759   if (Limits.nodes)
1760   {
1761       Threads.mutex.lock();
1762
1763       nodes = RootPos.nodes_searched();
1764
1765       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1766       // all the currently active positions nodes.
1767       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1768           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1769           {
1770               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1771
1772               sp.mutex.lock();
1773
1774               nodes += sp.nodes;
1775               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1776               while (sm)
1777               {
1778                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1779                   if (pos)
1780                       nodes += pos->nodes_searched();
1781               }
1782
1783               sp.mutex.unlock();
1784           }
1785
1786       Threads.mutex.unlock();
1787   }
1788
1789   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1790   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1791                          && !Signals.failedLowAtRoot
1792                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1793
1794   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1795                    || stillAtFirstMove;
1796
1797   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1798       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1799       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1800       Signals.stop = true;
1801 }