]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Retire Threads wake_up() and sleep()
[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) 2008-2012 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 "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   // Reset and wake up the threads
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232   {
233       Threads[i].maxPly = 0;
234       Threads[i].do_sleep = false;
235
236       if (!Threads.use_sleeping_threads())
237           Threads[i].notify_one();
238   }
239
240   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
241   // used to check for remaining available thinking time.
242   if (Limits.use_time_management())
243       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
244                                                TimerResolution)));
245   else if (Limits.nodes)
246       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
247   else
248       Threads.set_timer(100);
249
250   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
251
252   Threads.set_timer(0); // Stop timer
253
254   // Main thread will go to sleep by itself to avoid a race with start_searching()
255   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
256       if (&Threads[i] != Threads.main_thread())
257           Threads[i].do_sleep = true;
258
259   if (Options["Use Search Log"])
260   {
261       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
262
263       Log log(Options["Search Log Filename"]);
264       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
265           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
266           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
267
268       StateInfo st;
269       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
270       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
271       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
272   }
273
274 finalize:
275
276   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
277   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
278   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
279   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
280   // raise Signals.stop).
281   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
282   {
283       Signals.stopOnPonderhit = true;
284       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
285   }
286
287   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
288   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
289             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
290             << sync_endl;
291 }
292
293
294 namespace {
295
296   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
297   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
298   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
299
300   void id_loop(Position& pos) {
301
302     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
303     int depth, prevBestMoveChanges;
304     Value bestValue, alpha, beta, delta;
305     bool bestMoveNeverChanged = true;
306
307     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
308     depth = BestMoveChanges = 0;
309     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
310     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
311     TT.new_search();
312     H.clear();
313
314     PVSize = Options["MultiPV"];
315     Skill skill(Options["Skill Level"]);
316
317     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
318     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
319     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
320         PVSize = 4;
321
322     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
323
324     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
325     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
326     {
327         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
328         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
329         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
330             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
331
332         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
333         BestMoveChanges = 0;
334
335         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
336         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
337         {
338             // Set aspiration window default width
339             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
340             {
341                 delta = Value(16);
342                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
343                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
344             }
345             else
346             {
347                 alpha = -VALUE_INFINITE;
348                 beta  =  VALUE_INFINITE;
349             }
350
351             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
352             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
353             while (true)
354             {
355                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
356                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
357                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
358
359                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
360                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
361                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
362                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
363                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
364                 // the already searched PV lines are preserved.
365                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
366
367                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
368                 // entries have been overwritten during the search.
369                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
370                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
371
372                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
373                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
374                 // valid, although refers to previous iteration.
375                 if (Signals.stop)
376                     return;
377
378                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
379                 // research, otherwise exit the loop.
380                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
381                     break;
382
383                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
384                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
385                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
386
387                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
388                 {
389                     alpha = -VALUE_INFINITE;
390                     beta  =  VALUE_INFINITE;
391                 }
392                 else if (bestValue >= beta)
393                 {
394                     beta += delta;
395                     delta += delta / 2;
396                 }
397                 else
398                 {
399                     Signals.failedLowAtRoot = true;
400                     Signals.stopOnPonderhit = false;
401
402                     alpha -= delta;
403                     delta += delta / 2;
404                 }
405
406                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
407             }
408
409             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
410             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
411             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
412                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
413         }
414
415         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
416         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
417             skill.pick_move();
418
419         if (Options["Use Search Log"])
420         {
421             Log log(Options["Search Log Filename"]);
422             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
423                 << std::endl;
424         }
425
426         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
427         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
428             bestMoveNeverChanged = false;
429
430         // Do we have found a "mate in x"?
431         if (   Limits.mate
432             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
433             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
434             Signals.stop = true;
435
436         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
437         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
438         {
439             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
440
441             // Take in account some extra time if the best move has changed
442             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
443                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
444
445             // Stop search if most of available time is already consumed. We
446             // probably don't have enough time to search the first move at the
447             // next iteration anyway.
448             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
449                 stop = true;
450
451             // Stop search early if one move seems to be much better than others
452             if (    depth >= 12
453                 && !stop
454                 &&  PVSize == 1
455                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
456                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
457             {
458                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
459                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
460                 (ss+1)->skipNullMove = true;
461                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
462                 (ss+1)->skipNullMove = false;
463                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
464
465                 if (v < rBeta)
466                     stop = true;
467             }
468
469             if (stop)
470             {
471                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
472                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
473                 if (Limits.ponder)
474                     Signals.stopOnPonderhit = true;
475                 else
476                     Signals.stop = true;
477             }
478         }
479     }
480   }
481
482
483   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
484   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
485   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
486   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
487   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
488   // here: This is taken care of after we return from the split point.
489
490   template <NodeType NT>
491   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
492
493     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
494     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
495     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
496
497     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
498     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
499     assert(depth > DEPTH_ZERO);
500
501     Move movesSearched[64];
502     StateInfo st;
503     const TTEntry *tte;
504     SplitPoint* sp;
505     Key posKey;
506     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
507     Depth ext, newDepth;
508     Value bestValue, value, ttValue;
509     Value eval, nullValue, futilityValue;
510     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
511     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch, threatExtension;
512     int moveCount, playedMoveCount;
513
514     // Step 1. Initialize node
515     Thread* thisThread = pos.this_thread();
516     moveCount = playedMoveCount = 0;
517     threatExtension = false;
518     inCheck = pos.checkers();
519
520     if (SpNode)
521     {
522         sp = ss->sp;
523         bestMove   = sp->bestMove;
524         threatMove = sp->threatMove;
525         bestValue  = sp->bestValue;
526         tte = NULL;
527         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
528         ttValue = VALUE_NONE;
529
530         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
531
532         goto split_point_start;
533     }
534
535     bestValue = -VALUE_INFINITE;
536     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
537     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
538     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
539     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
540
541     // Used to send selDepth info to GUI
542     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
543         thisThread->maxPly = ss->ply;
544
545     if (!RootNode)
546     {
547         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
548         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
549             return DrawValue[pos.side_to_move()];
550
551         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
552         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
553         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
554         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
555         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
556         // in this case return a fail-high score.
557         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
558         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
559         if (alpha >= beta)
560             return alpha;
561     }
562
563     // Step 4. Transposition table lookup
564     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
565     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
566     excludedMove = ss->excludedMove;
567     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
568     tte = TT.probe(posKey);
569     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
570     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
571
572     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
573     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
574     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
575     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
576     if (   !RootNode
577         && tte
578         && tte->depth() >= depth
579         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
580         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
581             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
582                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
583     {
584         TT.refresh(tte);
585         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
586
587         if (    ttValue >= beta
588             &&  ttMove
589             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
590             &&  ttMove != ss->killers[0])
591         {
592             ss->killers[1] = ss->killers[0];
593             ss->killers[0] = ttMove;
594         }
595         return ttValue;
596     }
597
598     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
599     if (inCheck)
600         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
601
602     else if (tte)
603     {
604         // Never assume anything on values stored in TT
605         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
606             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
607             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
608
609         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
610         if (ttValue != VALUE_NONE)
611             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
612                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
613                 eval = ttValue;
614     }
615     else
616     {
617         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
618         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
619                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
620     }
621
622     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
623     // evaluation before and after the move.
624     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
625         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
626         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
627         && !pos.captured_piece_type()
628         &&  type_of(move) == NORMAL)
629     {
630         Square to = to_sq(move);
631         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
632     }
633
634     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
635     if (   !PvNode
636         &&  depth < 4 * ONE_PLY
637         && !inCheck
638         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
639         &&  ttMove == MOVE_NONE
640         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
641         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
642     {
643         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
644         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
645         if (v < rbeta)
646             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
647             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
648             return v;
649     }
650
651     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
652     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
653     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
654     if (   !PvNode
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  depth < 4 * ONE_PLY
657         && !inCheck
658         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
660         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
661         return eval - FutilityMargins[depth][0];
662
663     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
664     if (   !PvNode
665         && !ss->skipNullMove
666         &&  depth > ONE_PLY
667         && !inCheck
668         &&  eval >= beta
669         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
670         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
671     {
672         ss->currentMove = MOVE_NULL;
673
674         // Null move dynamic reduction based on depth
675         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
676
677         // Null move dynamic reduction based on value
678         if (eval - PawnValueMg > beta)
679             R += ONE_PLY;
680
681         pos.do_null_move<true>(st);
682         (ss+1)->skipNullMove = true;
683         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
684                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
685         (ss+1)->skipNullMove = false;
686         pos.do_null_move<false>(st);
687
688         if (nullValue >= beta)
689         {
690             // Do not return unproven mate scores
691             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
692                 nullValue = beta;
693
694             if (depth < 6 * ONE_PLY)
695                 return nullValue;
696
697             // Do verification search at high depths
698             ss->skipNullMove = true;
699             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
700             ss->skipNullMove = false;
701
702             if (v >= beta)
703                 return nullValue;
704         }
705         else
706         {
707             // The null move failed low, which means that we may be faced with
708             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
709             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
710             // move which was reduced. If a connection is found extend moves that
711             // defend against threat.
712             threatMove = (ss+1)->currentMove;
713
714             if (   depth < 5 * ONE_PLY
715                 && (ss-1)->reduction
716                 && threatMove != MOVE_NONE
717                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
718                 threatExtension = true;
719         }
720     }
721
722     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
723     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
724     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
725     // prune the previous move.
726     if (   !PvNode
727         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
728         && !inCheck
729         && !ss->skipNullMove
730         &&  excludedMove == MOVE_NONE
731         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732     {
733         Value rbeta = beta + 200;
734         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
735
736         assert(rdepth >= ONE_PLY);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
738         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
739
740         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
741         CheckInfo ci(pos);
742
743         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
744             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
745             {
746                 ss->currentMove = move;
747                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
748                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
749                 pos.undo_move(move);
750                 if (value >= rbeta)
751                     return value;
752             }
753     }
754
755     // Step 10. Internal iterative deepening
756     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
757         && ttMove == MOVE_NONE
758         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
759     {
760         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
761
762         ss->skipNullMove = true;
763         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
764         ss->skipNullMove = false;
765
766         tte = TT.probe(posKey);
767         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
768     }
769
770 split_point_start: // At split points actual search starts from here
771
772     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
773     CheckInfo ci(pos);
774     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
775     singularExtensionNode =   !RootNode
776                            && !SpNode
777                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
778                            &&  ttMove != MOVE_NONE
779                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
780                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
781                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
782
783     // Step 11. Loop through moves
784     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
785     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
786     {
787       assert(is_ok(move));
788
789       if (move == excludedMove)
790           continue;
791
792       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
793       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
794       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
795       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
796           continue;
797
798       if (SpNode)
799       {
800           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
801           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
802               continue;
803
804           moveCount = ++sp->moveCount;
805           sp->mutex.unlock();
806       }
807       else
808           moveCount++;
809
810       if (RootNode)
811       {
812           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
813
814           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
815               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
816                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
817                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
818       }
819
820       ext = DEPTH_ZERO;
821       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
822       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
823       dangerous =   givesCheck
824                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
825                  || type_of(move) == CASTLE
826                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
827                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
828                      && type_of(move) == NORMAL
829                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
830                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
831
832       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
833       if (PvNode && dangerous)
834           ext = ONE_PLY;
835
836       else if (threatExtension && prevents_move(pos, move, threatMove))
837           ext = ONE_PLY;
838
839       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
840           ext = ONE_PLY / 2;
841
842       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
843       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
844       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
845       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
846       // a margin then we extend ttMove.
847       if (    singularExtensionNode
848           &&  move == ttMove
849           && !ext
850           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
851           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
852       {
853           assert(ttValue != VALUE_NONE);
854
855           Value rBeta = ttValue - int(depth);
856           ss->excludedMove = move;
857           ss->skipNullMove = true;
858           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
859           ss->skipNullMove = false;
860           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
861
862           if (value < rBeta)
863               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
864       }
865
866       // Update current move (this must be done after singular extension search)
867       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
868
869       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
870       if (   !PvNode
871           && !captureOrPromotion
872           && !inCheck
873           && !dangerous
874           &&  move != ttMove
875           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
876                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
877       {
878           // Move count based pruning
879           if (   depth < 16 * ONE_PLY
880               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
881               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
882           {
883               if (SpNode)
884                   sp->mutex.lock();
885
886               continue;
887           }
888
889           // Value based pruning
890           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
891           // but fixing this made program slightly weaker.
892           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
893           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
894                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
895
896           if (futilityValue < beta)
897           {
898               if (SpNode)
899                   sp->mutex.lock();
900
901               continue;
902           }
903
904           // Prune moves with negative SEE at low depths
905           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
906               && pos.see_sign(move) < 0)
907           {
908               if (SpNode)
909                   sp->mutex.lock();
910
911               continue;
912           }
913       }
914
915       // Check for legality only before to do the move
916       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
917       {
918           moveCount--;
919           continue;
920       }
921
922       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
923       ss->currentMove = move;
924       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
925           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
926
927       // Step 14. Make the move
928       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
929
930       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
931       // re-searched at full depth.
932       if (    depth > 3 * ONE_PLY
933           && !pvMove
934           && !captureOrPromotion
935           && !dangerous
936           &&  ss->killers[0] != move
937           &&  ss->killers[1] != move)
938       {
939           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
940           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
941           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
942
943           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
944
945           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
946           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
947       }
948       else
949           doFullDepthSearch = !pvMove;
950
951       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
952       if (doFullDepthSearch)
953       {
954           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
955           value = newDepth < ONE_PLY ?
956                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
959       }
960
961       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
962       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
963       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
964       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
965           value = newDepth < ONE_PLY ?
966                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
967                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
969       // Step 17. Undo move
970       pos.undo_move(move);
971
972       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
973
974       // Step 18. Check for new best move
975       if (SpNode)
976       {
977           sp->mutex.lock();
978           bestValue = sp->bestValue;
979           alpha = sp->alpha;
980       }
981
982       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
983       // was aborted because the user interrupted the search or because we
984       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
985       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
986       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
987           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
988
989       if (RootNode)
990       {
991           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
992
993           // PV move or new best move ?
994           if (pvMove || value > alpha)
995           {
996               rm.score = value;
997               rm.extract_pv_from_tt(pos);
998
999               // We record how often the best move has been changed in each
1000               // iteration. This information is used for time management: When
1001               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1002               if (!pvMove)
1003                   BestMoveChanges++;
1004           }
1005           else
1006               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1007               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1008               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1009               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1010       }
1011
1012       if (value > bestValue)
1013       {
1014           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
1015
1016           if (value > alpha)
1017           {
1018               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
1019
1020               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1021                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
1022               else
1023               {
1024                   assert(value >= beta); // Fail high
1025
1026                   if (SpNode)
1027                       sp->cutoff = true;
1028
1029                   break;
1030               }
1031           }
1032       }
1033
1034       // Step 19. Check for splitting the search
1035       if (   !SpNode
1036           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1037           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1038       {
1039           assert(bestValue < beta);
1040
1041           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1042                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1043           if (bestValue >= beta)
1044               break;
1045       }
1046     }
1047
1048     if (SpNode)
1049         return bestValue;
1050
1051     // Step 20. Check for mate and stalemate
1052     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1053     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1054     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1055     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1056     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1057     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1058     if (!moveCount)
1059         return  excludedMove ? alpha
1060               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1061
1062     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1063     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1064     {
1065         assert(!playedMoveCount);
1066
1067         bestValue = alpha;
1068     }
1069
1070     if (bestValue >= beta) // Failed high
1071     {
1072         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1073                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1074
1075         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1076         {
1077             if (bestMove != ss->killers[0])
1078             {
1079                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1080                 ss->killers[0] = bestMove;
1081             }
1082
1083             // Increase history value of the cut-off move
1084             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1085             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1086
1087             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1088             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1089             {
1090                 Move m = movesSearched[i];
1091                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1092             }
1093         }
1094     }
1095     else // Failed low or PV search
1096         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1097                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1098                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1099
1100     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1101
1102     return bestValue;
1103   }
1104
1105
1106   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1107   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1108   // less than ONE_PLY).
1109
1110   template <NodeType NT, bool InCheck>
1111   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1112
1113     const bool PvNode = (NT == PV);
1114
1115     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1116     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1117     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1118     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1119     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1120
1121     StateInfo st;
1122     const TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128
1129     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1130     if (PvNode)
1131         oldAlpha = alpha;
1132
1133     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1134     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1135
1136     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1137     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1138         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1139
1140     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1141     // pruning, but only for move ordering.
1142     posKey = pos.key();
1143     tte = TT.probe(posKey);
1144     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1145     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1146
1147     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152     if (   tte
1153         && tte->depth() >= ttDepth
1154         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1155         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1156             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1157                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1158     {
1159         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1160         return ttValue;
1161     }
1162
1163     // Evaluate the position statically
1164     if (InCheck)
1165     {
1166         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1167         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1168         enoughMaterial = false;
1169     }
1170     else
1171     {
1172         if (tte)
1173         {
1174             // Never assume anything on values stored in TT
1175             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1176                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1177                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1178         }
1179         else
1180             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1181
1182         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1183         if (bestValue >= beta)
1184         {
1185             if (!tte)
1186                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1187                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1188
1189             return bestValue;
1190         }
1191
1192         if (PvNode && bestValue > alpha)
1193             alpha = bestValue;
1194
1195         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1196         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1197     }
1198
1199     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1200     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1201     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1202     // be generated.
1203     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1204     CheckInfo ci(pos);
1205
1206     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1207     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1208     {
1209       assert(is_ok(move));
1210
1211       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1212
1213       // Futility pruning
1214       if (   !PvNode
1215           && !InCheck
1216           && !givesCheck
1217           &&  move != ttMove
1218           &&  enoughMaterial
1219           &&  type_of(move) != PROMOTION
1220           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1221       {
1222           futilityValue =  futilityBase
1223                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1224                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1225
1226           if (futilityValue < beta)
1227           {
1228               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1229               continue;
1230           }
1231
1232           // Prune moves with negative or equal SEE
1233           if (   futilityBase < beta
1234               && depth < DEPTH_ZERO
1235               && pos.see(move) <= 0)
1236           {
1237               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1238               continue;
1239           }
1240       }
1241
1242       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1243       evasionPrunable =   !PvNode
1244                        &&  InCheck
1245                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1246                        && !pos.is_capture(move)
1247                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1248
1249       // Don't search moves with negative SEE values
1250       if (   !PvNode
1251           && (!InCheck || evasionPrunable)
1252           &&  move != ttMove
1253           &&  type_of(move) != PROMOTION
1254           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1255           continue;
1256
1257       // Don't search useless checks
1258       if (   !PvNode
1259           && !InCheck
1260           &&  givesCheck
1261           &&  move != ttMove
1262           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1263           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1264           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1265           continue;
1266
1267       // Check for legality only before to do the move
1268       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1269           continue;
1270
1271       ss->currentMove = move;
1272
1273       // Make and search the move
1274       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1275       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1276                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1277       pos.undo_move(move);
1278
1279       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1280
1281       // Check for new best move
1282       if (value > bestValue)
1283       {
1284           bestValue = value;
1285
1286           if (value > alpha)
1287           {
1288               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1289               {
1290                   alpha = value;
1291                   bestMove = move;
1292               }
1293               else // Fail high
1294               {
1295                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1296                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1297
1298                   return value;
1299               }
1300           }
1301        }
1302     }
1303
1304     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1305     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1306     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1307         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1308
1309     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1310              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1311              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1312
1313     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1314
1315     return bestValue;
1316   }
1317
1318
1319   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1320   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1321   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1322
1323   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1324
1325     assert(v != VALUE_NONE);
1326
1327     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1333   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1334   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1335
1336   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1339           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1340           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1341   }
1342
1343
1344   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1345
1346   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1347   {
1348     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1349     Square from = from_sq(move);
1350     Square to = to_sq(move);
1351     Color them = ~pos.side_to_move();
1352     Square ksq = pos.king_square(them);
1353     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1354     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1355     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1356     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1357     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1358
1359     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1360     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1361         return true;
1362
1363     // Queen contact check is very dangerous
1364     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1365         return true;
1366
1367     // Creating new double threats with checks is dangerous
1368     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1369     while (b)
1370     {
1371         // Note that here we generate illegal "double move"!
1372         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1373             return true;
1374     }
1375
1376     return false;
1377   }
1378
1379
1380   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1381   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1382   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1383   // from a null search that fails low).
1384
1385   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1386
1387     assert(is_ok(first));
1388     assert(is_ok(second));
1389     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1390     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1391
1392     Square m1from = from_sq(first);
1393     Square m2from = from_sq(second);
1394     Square m1to = to_sq(first);
1395     Square m2to = to_sq(second);
1396
1397     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1398     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1399         return true;
1400
1401     // Second one moves through the square vacated by first one
1402     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1403       return true;
1404
1405     // Second's destination is defended by the first move's piece
1406     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1407     if (m1att & m2to)
1408         return true;
1409
1410     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1411     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1412     {
1413         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1414         return true;
1415     }
1416
1417     return false;
1418   }
1419
1420
1421   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1422   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1423   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1424   // that fails low).
1425
1426   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1427
1428     assert(is_ok(first));
1429     assert(is_ok(second));
1430
1431     Square m1from = from_sq(first);
1432     Square m2from = from_sq(second);
1433     Square m1to = to_sq(first);
1434     Square m2to = to_sq(second);
1435
1436     // Don't prune moves of the threatened piece
1437     if (m1from == m2to)
1438         return true;
1439
1440     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1441     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1442     if (    pos.is_capture(second)
1443         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1444             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1445     {
1446         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1447         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1448         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1449
1450         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1451         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1452             return true;
1453
1454         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1455         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1456                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1457
1458         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1459         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1460             return true;
1461     }
1462
1463     // Don't prune safe moves which block the threat path
1464     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1465         return true;
1466
1467     return false;
1468   }
1469
1470
1471   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1472   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1473
1474   Move Skill::pick_move() {
1475
1476     static RKISS rk;
1477
1478     // PRNG sequence should be not deterministic
1479     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1480         rk.rand<unsigned>();
1481
1482     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1483     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1484     int weakness = 120 - 2 * level;
1485     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1486     best = MOVE_NONE;
1487
1488     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1489     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1490     // then we choose the move with the resulting highest score.
1491     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1492     {
1493         int s = RootMoves[i].score;
1494
1495         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1496         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1497             break;
1498
1499         // This is our magic formula
1500         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1501               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1502
1503         if (s > max_s)
1504         {
1505             max_s = s;
1506             best = RootMoves[i].pv[0];
1507         }
1508     }
1509     return best;
1510   }
1511
1512
1513   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1514   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1515   // the previous search score.
1516
1517   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1518
1519     std::stringstream s;
1520     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1521     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1522     int selDepth = 0;
1523
1524     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1525         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1526             selDepth = Threads[i].maxPly;
1527
1528     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1529     {
1530         bool updated = (i <= PVIdx);
1531
1532         if (depth == 1 && !updated)
1533             continue;
1534
1535         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1536         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1537
1538         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1539             s << "\n";
1540
1541         s << "info depth " << d
1542           << " seldepth "  << selDepth
1543           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1544           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1545           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1546           << " time "      << elaspsed
1547           << " multipv "   << i + 1
1548           << " pv";
1549
1550         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1551             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1552     }
1553
1554     return s.str();
1555   }
1556
1557 } // namespace
1558
1559
1560 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1561 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1562 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1563 /// long PV to print that is important for position analysis.
1564
1565 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1566
1567   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1568   TTEntry* tte;
1569   int ply = 0;
1570   Move m = pv[0];
1571
1572   pv.clear();
1573
1574   do {
1575       pv.push_back(m);
1576
1577       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1578
1579       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1580       tte = TT.probe(pos.key());
1581
1582   } while (   tte
1583            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1584            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1585            && ply < MAX_PLY
1586            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1587
1588   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1589
1590   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1591 }
1592
1593
1594 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1595 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1596 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1597
1598 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1599
1600   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1601   TTEntry* tte;
1602   int ply = 0;
1603
1604   do {
1605       tte = TT.probe(pos.key());
1606
1607       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1608           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1609
1610       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1611
1612       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1613
1614   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1615
1616   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1617 }
1618
1619
1620 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1621
1622 void Thread::idle_loop() {
1623
1624   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1625   // object for which the thread is the master.
1626   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1627
1628   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1629
1630   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1631   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1632   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1633   {
1634       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1635       // instead of wasting CPU time polling for work.
1636       while (   do_sleep
1637              || do_exit
1638              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1639       {
1640           if (do_exit)
1641           {
1642               assert(!sp_master);
1643               return;
1644           }
1645
1646           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1647           mutex.lock();
1648
1649           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1650           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1651           {
1652               mutex.unlock();
1653               break;
1654           }
1655
1656           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1657           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1658           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1659           // had the chance to grab the lock.
1660           if (do_sleep || !is_searching)
1661               sleepCondition.wait(mutex);
1662
1663           mutex.unlock();
1664       }
1665
1666       // If this thread has been assigned work, launch a search
1667       if (is_searching)
1668       {
1669           assert(!do_sleep && !do_exit);
1670
1671           Threads.mutex.lock();
1672
1673           assert(is_searching);
1674           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1675
1676           Threads.mutex.unlock();
1677
1678           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1679           Position pos(*sp->pos, this);
1680
1681           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1682           (ss+1)->sp = sp;
1683
1684           sp->mutex.lock();
1685
1686           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1687
1688           sp->activePositions[idx] = &pos;
1689
1690           if (sp->nodeType == Root)
1691               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1692           else if (sp->nodeType == PV)
1693               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1694           else if (sp->nodeType == NonPV)
1695               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1696           else
1697               assert(false);
1698
1699           assert(is_searching);
1700
1701           is_searching = false;
1702           sp->activePositions[idx] = NULL;
1703           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1704           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1705
1706           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1707           // case we are the last slave of the split point.
1708           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1709               &&  this != sp->master
1710               && !sp->slavesMask)
1711           {
1712               assert(!sp->master->is_searching);
1713               sp->master->notify_one();
1714           }
1715
1716           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1717           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1718           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1719           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1720           sp->mutex.unlock();
1721       }
1722   }
1723 }
1724
1725
1726 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1727 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1728 /// available time and so stop the search.
1729
1730 void check_time() {
1731
1732   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1733   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1734
1735   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1736   {
1737       lastInfoTime = Time::now();
1738       dbg_print();
1739   }
1740
1741   if (Limits.ponder)
1742       return;
1743
1744   if (Limits.nodes)
1745   {
1746       Threads.mutex.lock();
1747
1748       nodes = RootPos.nodes_searched();
1749
1750       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1751       // all the currently active slaves positions.
1752       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1753           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1754           {
1755               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1756
1757               sp.mutex.lock();
1758
1759               nodes += sp.nodes;
1760               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1761               while (sm)
1762               {
1763                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1764                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1765               }
1766
1767               sp.mutex.unlock();
1768           }
1769
1770       Threads.mutex.unlock();
1771   }
1772
1773   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1774   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1775                          && !Signals.failedLowAtRoot
1776                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1777
1778   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1779                    || stillAtFirstMove;
1780
1781   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1782       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1783       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1784       Signals.stop = true;
1785 }