Mimic an iterator for looping across MoveList
[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.end(); ++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     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, Countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
770     CheckInfo ci(pos);
771     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
772     singularExtensionNode =   !RootNode
773                            && !SpNode
774                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
775                            &&  ttMove != MOVE_NONE
776                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
777                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
778                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
779
780     // Step 11. Loop through moves
781     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
782     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
783     {
784       assert(is_ok(move));
785
786       if (move == excludedMove)
787           continue;
788
789       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
790       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
791       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
792       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
793           continue;
794
795       if (SpNode)
796       {
797           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
798           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
799               continue;
800
801           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
802           splitPoint->mutex.unlock();
803       }
804       else
805           moveCount++;
806
807       if (RootNode)
808       {
809           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
810
811           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
812               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
813                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
814                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
815       }
816
817       ext = DEPTH_ZERO;
818       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
819       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
820       dangerous =   givesCheck
821                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
822                  || type_of(move) == CASTLE
823                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
824                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
825                      && type_of(move) == NORMAL
826                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
827                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
828
829       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
830       if (PvNode && dangerous)
831           ext = ONE_PLY;
832
833       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
834           ext = ONE_PLY / 2;
835
836       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
837       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
838       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
839       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
840       // a margin then we extend ttMove.
841       if (    singularExtensionNode
842           &&  move == ttMove
843           && !ext
844           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
845           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
846       {
847           assert(ttValue != VALUE_NONE);
848
849           Value rBeta = ttValue - int(depth);
850           ss->excludedMove = move;
851           ss->skipNullMove = true;
852           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
853           ss->skipNullMove = false;
854           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
855
856           if (value < rBeta)
857               ext = ONE_PLY;
858       }
859
860       // Update current move (this must be done after singular extension search)
861       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
862
863       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
864       if (   !PvNode
865           && !captureOrPromotion
866           && !inCheck
867           && !dangerous
868        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
869           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
870       {
871           // Move count based pruning
872           if (   depth < 16 * ONE_PLY
873               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
874               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
875           {
876               if (SpNode)
877                   splitPoint->mutex.lock();
878
879               continue;
880           }
881
882           // Value based pruning
883           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
884           // but fixing this made program slightly weaker.
885           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
886           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
887                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
888
889           if (futilityValue < beta)
890           {
891               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
892
893               if (SpNode)
894               {
895                   splitPoint->mutex.lock();
896                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
897                       splitPoint->bestValue = bestValue;
898               }
899               continue;
900           }
901
902           // Prune moves with negative SEE at low depths
903           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
904               && pos.see_sign(move) < 0)
905           {
906               if (SpNode)
907                   splitPoint->mutex.lock();
908
909               continue;
910           }
911
912           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
913           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
914           ss->futilityMoveCount = moveCount;
915       }
916       else
917           ss->futilityMoveCount = 0;
918
919       // Check for legality only before to do the move
920       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
921       {
922           moveCount--;
923           continue;
924       }
925
926       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
927       ss->currentMove = move;
928       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
929           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
930
931       // Step 14. Make the move
932       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
933
934       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
935       // re-searched at full depth.
936       if (    depth > 3 * ONE_PLY
937           && !pvMove
938           && !captureOrPromotion
939           && !dangerous
940           &&  move != ttMove
941           &&  move != ss->killers[0]
942           &&  move != ss->killers[1])
943       {
944           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
945           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
946           if (SpNode)
947               alpha = splitPoint->alpha;
948
949           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
950
951           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
952           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
953       }
954       else
955           doFullDepthSearch = !pvMove;
956
957       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
958       if (doFullDepthSearch)
959       {
960           if (SpNode)
961               alpha = splitPoint->alpha;
962
963           value = newDepth < ONE_PLY ?
964                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
965                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
966                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
967       }
968
969       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
970       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
971       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
972       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
973           value = newDepth < ONE_PLY ?
974                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
976                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
977       // Step 17. Undo move
978       pos.undo_move(move);
979
980       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
981
982       // Step 18. Check for new best move
983       if (SpNode)
984       {
985           splitPoint->mutex.lock();
986           bestValue = splitPoint->bestValue;
987           alpha = splitPoint->alpha;
988       }
989
990       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
991       // was aborted because the user interrupted the search or because we
992       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
993       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
994       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
995           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
996
997       if (RootNode)
998       {
999           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1000
1001           // PV move or new best move ?
1002           if (pvMove || value > alpha)
1003           {
1004               rm.score = value;
1005               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1006
1007               // We record how often the best move has been changed in each
1008               // iteration. This information is used for time management: When
1009               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1010               if (!pvMove)
1011                   BestMoveChanges++;
1012           }
1013           else
1014               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1015               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1016               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1017               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1018       }
1019
1020       if (value > bestValue)
1021       {
1022           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1023
1024           if (value > alpha)
1025           {
1026               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1027
1028               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1029                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1030               else
1031               {
1032                   assert(value >= beta); // Fail high
1033
1034                   if (SpNode)
1035                       splitPoint->cutoff = true;
1036
1037                   break;
1038               }
1039           }
1040       }
1041
1042       // Step 19. Check for splitting the search
1043       if (   !SpNode
1044           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1045           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1046           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1047       {
1048           assert(bestValue < beta);
1049
1050           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1051                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1052           if (bestValue >= beta)
1053               break;
1054       }
1055     }
1056
1057     if (SpNode)
1058         return bestValue;
1059
1060     // Step 20. Check for mate and stalemate
1061     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1062     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1063     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1064     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1065     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1066     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1067     if (!moveCount)
1068         return  excludedMove ? alpha
1069               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1070
1071     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1072     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1073     {
1074         assert(!playedMoveCount);
1075
1076         bestValue = alpha;
1077     }
1078
1079     if (bestValue >= beta) // Failed high
1080     {
1081         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1082                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1083
1084         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1085         {
1086             if (bestMove != ss->killers[0])
1087             {
1088                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1089                 ss->killers[0] = bestMove;
1090             }
1091
1092             // Increase history value of the cut-off move
1093             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1094             History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1095             if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1096             {
1097                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1098                 Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bestMove);
1099             }
1100
1101             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1102             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1103             {
1104                 Move m = movesSearched[i];
1105                 History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1106             }
1107         }
1108     }
1109     else // Failed low or PV search
1110         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1111                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1112                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1113
1114     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1115
1116     return bestValue;
1117   }
1118
1119
1120   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1121   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1122   // less than ONE_PLY).
1123
1124   template <NodeType NT, bool InCheck>
1125   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1126
1127     const bool PvNode = (NT == PV);
1128
1129     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1130     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1131     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1132     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1133     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1134
1135     StateInfo st;
1136     const TTEntry* tte;
1137     Key posKey;
1138     Move ttMove, move, bestMove;
1139     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1140     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1141     Depth ttDepth;
1142
1143     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1144     if (PvNode)
1145         oldAlpha = alpha;
1146
1147     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1148     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1149
1150     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1151     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1152         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1153
1154     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1155     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1156     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1157     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1158                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1159
1160     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1161     // pruning, but only for move ordering.
1162     posKey = pos.key();
1163     tte = TT.probe(posKey);
1164     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1165     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1166
1167     if (   tte
1168         && tte->depth() >= ttDepth
1169         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1170         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1171             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1172                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1173     {
1174         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1175         return ttValue;
1176     }
1177
1178     // Evaluate the position statically
1179     if (InCheck)
1180     {
1181         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1182         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1183         enoughMaterial = false;
1184     }
1185     else
1186     {
1187         if (tte)
1188         {
1189             // Never assume anything on values stored in TT
1190             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1191                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1192                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1193         }
1194         else
1195             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1196
1197         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1198         if (bestValue >= beta)
1199         {
1200             if (!tte)
1201                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1202                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1203
1204             return bestValue;
1205         }
1206
1207         if (PvNode && bestValue > alpha)
1208             alpha = bestValue;
1209
1210         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1211         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1212     }
1213
1214     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1215     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1216     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1217     // be generated.
1218     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1219     CheckInfo ci(pos);
1220
1221     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1222     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1223     {
1224       assert(is_ok(move));
1225
1226       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1227
1228       // Futility pruning
1229       if (   !PvNode
1230           && !InCheck
1231           && !givesCheck
1232           &&  move != ttMove
1233           &&  enoughMaterial
1234           &&  type_of(move) != PROMOTION
1235           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1236       {
1237           futilityValue =  futilityBase
1238                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1239                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1240
1241           if (futilityValue < beta)
1242           {
1243               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1244               continue;
1245           }
1246
1247           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1248           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1249           if (   futilityBase < beta
1250               && depth < DEPTH_ZERO
1251               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1252           {
1253               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1254               continue;
1255           }
1256       }
1257
1258       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1259       evasionPrunable =   !PvNode
1260                        &&  InCheck
1261                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1262                        && !pos.is_capture(move)
1263                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1264
1265       // Don't search moves with negative SEE values
1266       if (   !PvNode
1267           && (!InCheck || evasionPrunable)
1268           &&  move != ttMove
1269           &&  type_of(move) != PROMOTION
1270           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1271           continue;
1272
1273       // Don't search useless checks
1274       if (   !PvNode
1275           && !InCheck
1276           &&  givesCheck
1277           &&  move != ttMove
1278           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1279           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1280           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1281           continue;
1282
1283       // Check for legality only before to do the move
1284       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1285           continue;
1286
1287       ss->currentMove = move;
1288
1289       // Make and search the move
1290       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1291       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1292                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1293       pos.undo_move(move);
1294
1295       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1296
1297       // Check for new best move
1298       if (value > bestValue)
1299       {
1300           bestValue = value;
1301
1302           if (value > alpha)
1303           {
1304               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1305               {
1306                   alpha = value;
1307                   bestMove = move;
1308               }
1309               else // Fail high
1310               {
1311                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1312                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1313
1314                   return value;
1315               }
1316           }
1317        }
1318     }
1319
1320     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1321     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1322     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1323         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1324
1325     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1326              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1327              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1328
1329     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1330
1331     return bestValue;
1332   }
1333
1334
1335   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1336   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1337   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1338
1339   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1340
1341     assert(v != VALUE_NONE);
1342
1343     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1344           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1345   }
1346
1347
1348   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1349   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1350   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1351
1352   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1353
1354     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1355           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1356           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1357   }
1358
1359
1360   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1361
1362   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1363   {
1364     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1365     Square from = from_sq(move);
1366     Square to = to_sq(move);
1367     Color them = ~pos.side_to_move();
1368     Square ksq = pos.king_square(them);
1369     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1370     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1371     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1372     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1373     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1374
1375     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1376     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1377         return true;
1378
1379     // Queen contact check is very dangerous
1380     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1381         return true;
1382
1383     // Creating new double threats with checks is dangerous
1384     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1385     while (b)
1386     {
1387         // Note that here we generate illegal "double move"!
1388         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1389             return true;
1390     }
1391
1392     return false;
1393   }
1394
1395
1396   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1397   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1398   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1399   // from a null search that fails low).
1400
1401   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1402
1403     assert(is_ok(first));
1404     assert(is_ok(second));
1405     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1406     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1407
1408     Square m1from = from_sq(first);
1409     Square m2from = from_sq(second);
1410     Square m1to = to_sq(first);
1411     Square m2to = to_sq(second);
1412
1413     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1414     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1415         return true;
1416
1417     // Second one moves through the square vacated by first one
1418     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1419       return true;
1420
1421     // Second's destination is defended by the first move's piece
1422     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1423     if (m1att & m2to)
1424         return true;
1425
1426     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1427     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1428     {
1429         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1430         return true;
1431     }
1432
1433     return false;
1434   }
1435
1436
1437   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1438   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1439   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1440
1441   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1442
1443     assert(is_ok(first));
1444     assert(is_ok(second));
1445
1446     Square m1from = from_sq(first);
1447     Square m2from = from_sq(second);
1448     Square m1to = to_sq(first);
1449     Square m2to = to_sq(second);
1450
1451     // Don't prune moves of the threatened piece
1452     if (m1from == m2to)
1453         return true;
1454
1455     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1456     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1457     if (    pos.is_capture(second)
1458         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1459             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1460     {
1461         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1462         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1463         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1464
1465         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1466         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1467             return true;
1468
1469         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1470         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1471                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1472
1473         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1474         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1475             return true;
1476     }
1477
1478     // Don't prune safe moves which block the threat path
1479     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1480         return true;
1481
1482     return false;
1483   }
1484
1485
1486   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1487   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1488
1489   Move Skill::pick_move() {
1490
1491     static RKISS rk;
1492
1493     // PRNG sequence should be not deterministic
1494     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1495         rk.rand<unsigned>();
1496
1497     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1498     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1499     int weakness = 120 - 2 * level;
1500     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1501     best = MOVE_NONE;
1502
1503     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1504     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1505     // then we choose the move with the resulting highest score.
1506     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1507     {
1508         int s = RootMoves[i].score;
1509
1510         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1511         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1512             break;
1513
1514         // This is our magic formula
1515         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1516               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1517
1518         if (s > max_s)
1519         {
1520             max_s = s;
1521             best = RootMoves[i].pv[0];
1522         }
1523     }
1524     return best;
1525   }
1526
1527
1528   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1529   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1530   // the previous search score.
1531
1532   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1533
1534     std::stringstream s;
1535     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1536     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1537     int selDepth = 0;
1538
1539     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1540         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1541             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1542
1543     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1544     {
1545         bool updated = (i <= PVIdx);
1546
1547         if (depth == 1 && !updated)
1548             continue;
1549
1550         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1551         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1552
1553         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1554             s << "\n";
1555
1556         s << "info depth " << d
1557           << " seldepth "  << selDepth
1558           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1559           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1560           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1561           << " time "      << elaspsed
1562           << " multipv "   << i + 1
1563           << " pv";
1564
1565         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1566             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1567     }
1568
1569     return s.str();
1570   }
1571
1572 } // namespace
1573
1574
1575 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1576 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1577 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1578 /// long PV to print that is important for position analysis.
1579
1580 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1581
1582   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1583   TTEntry* tte;
1584   int ply = 0;
1585   Move m = pv[0];
1586
1587   pv.clear();
1588
1589   do {
1590       pv.push_back(m);
1591
1592       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1593
1594       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1595       tte = TT.probe(pos.key());
1596
1597   } while (   tte
1598            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1599            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1600            && ply < MAX_PLY
1601            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1602
1603   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1604
1605   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1606 }
1607
1608
1609 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1610 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1611 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1612
1613 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1614
1615   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1616   TTEntry* tte;
1617   int ply = 0;
1618
1619   do {
1620       tte = TT.probe(pos.key());
1621
1622       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1623           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1624
1625       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1626
1627       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1628
1629   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1630
1631   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1632 }
1633
1634
1635 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1636
1637 void Thread::idle_loop() {
1638
1639   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1640   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1641   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1642
1643   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1644
1645   while (true)
1646   {
1647       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1648       // wasting CPU time polling for work.
1649       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1650       {
1651           if (exit)
1652           {
1653               assert(!this_sp);
1654               return;
1655           }
1656
1657           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1658           mutex.lock();
1659
1660           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1661           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1662           {
1663               mutex.unlock();
1664               break;
1665           }
1666
1667           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1668           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1669           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1670           // we had the chance to grab the lock.
1671           if (!searching && !exit)
1672               sleepCondition.wait(mutex);
1673
1674           mutex.unlock();
1675       }
1676
1677       // If this thread has been assigned work, launch a search
1678       if (searching)
1679       {
1680           assert(!exit);
1681
1682           Threads.mutex.lock();
1683
1684           assert(searching);
1685           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1686
1687           Threads.mutex.unlock();
1688
1689           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1690           Position pos(*sp->pos, this);
1691
1692           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1693           (ss+1)->splitPoint = sp;
1694
1695           sp->mutex.lock();
1696
1697           assert(activePosition == NULL);
1698
1699           activePosition = &pos;
1700
1701           switch (sp->nodeType) {
1702           case Root:
1703               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1704               break;
1705           case PV:
1706               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1707               break;
1708           case NonPV:
1709               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1710               break;
1711           default:
1712               assert(false);
1713           }
1714
1715           assert(searching);
1716
1717           searching = false;
1718           activePosition = NULL;
1719           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1720           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1721
1722           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1723           // in case we are the last slave of the split point.
1724           if (    Threads.sleepWhileIdle
1725               &&  this != sp->masterThread
1726               && !sp->slavesMask)
1727           {
1728               assert(!sp->masterThread->searching);
1729               sp->masterThread->notify_one();
1730           }
1731
1732           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1733           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1734           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1735           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1736           sp->mutex.unlock();
1737       }
1738
1739       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1740       // their work at this split point, return from the idle loop.
1741       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1742       {
1743           this_sp->mutex.lock();
1744           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1745           this_sp->mutex.unlock();
1746           if (finished)
1747               return;
1748       }
1749   }
1750 }
1751
1752
1753 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1754 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1755 /// available time and so stop the search.
1756
1757 void check_time() {
1758
1759   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1760   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1761
1762   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1763   {
1764       lastInfoTime = Time::now();
1765       dbg_print();
1766   }
1767
1768   if (Limits.ponder)
1769       return;
1770
1771   if (Limits.nodes)
1772   {
1773       Threads.mutex.lock();
1774
1775       nodes = RootPos.nodes_searched();
1776
1777       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1778       // all the currently active positions nodes.
1779       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1780           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1781           {
1782               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1783
1784               sp.mutex.lock();
1785
1786               nodes += sp.nodes;
1787               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1788               while (sm)
1789               {
1790                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1791                   if (pos)
1792                       nodes += pos->nodes_searched();
1793               }
1794
1795               sp.mutex.unlock();
1796           }
1797
1798       Threads.mutex.unlock();
1799   }
1800
1801   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1802   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1803                          && !Signals.failedLowAtRoot
1804                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1805
1806   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1807                    || stillAtFirstMove;
1808
1809   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1810       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1811       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1812       Signals.stop = true;
1813 }