af01050212ceca3ef4c9a4225c4952ede31b683b
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   size_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172
173 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
174 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
175 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
176
177 void Search::think() {
178
179   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
180
181   RootColor = RootPos.side_to_move();
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
183
184   if (RootMoves.empty())
185   {
186       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190
191       goto finalize;
192   }
193
194   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
195   {
196       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
197
198       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
199       {
200           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
201           goto finalize;
202       }
203   }
204
205   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
206   {
207       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
208       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
209       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
210       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
211   }
212   else
213       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
214
215   if (Options["Use Search Log"])
216   {
217       Log log(Options["Search Log Filename"]);
218       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
219           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
220           << " ponder: "      << Limits.ponder
221           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
222           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
223           << " moves to go: " << Limits.movestogo
224           << std::endl;
225   }
226
227   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
228   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
229       Threads[i]->maxPly = 0;
230
231   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
232
233   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
234   // used to check for remaining available thinking time.
235   Threads.timer->msec =
236   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
237                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
238                                : 100;
239
240   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
245   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When search is stopped this info is not printed
265   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
266             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
270   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
271   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
272   // raise Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
277   }
278
279   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
280   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
281             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
282             << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
295     int depth, prevBestMoveChanges;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297
298     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
299     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
300
301     depth = BestMoveChanges = 0;
302     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303     beta = VALUE_INFINITE;
304
305     TT.new_search();
306     History.clear();
307     Gains.clear();
308     Countermoves.clear();
309
310     PVSize = Options["MultiPV"];
311     Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
314     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
316         PVSize = 4;
317
318     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
319
320     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
321     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
322     {
323         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
324         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
325         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
326             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
327
328         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
329         BestMoveChanges = 0;
330
331         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
332         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
333         {
334             // Reset aspiration window starting size
335             if (depth >= 5)
336             {
337                 delta = Value(16);
338                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
339                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
340             }
341
342             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
343             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
349                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
350                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
351                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
352                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
353                 // the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
363                 // valid, although refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     return;
366
367                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
368                 // research, otherwise exit the loop.
369                 if (bestValue <= alpha)
370                 {
371                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
372
373                     Signals.failedLowAtRoot = true;
374                     Signals.stopOnPonderhit = false;
375                 }
376                 else if (bestValue >= beta)
377                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
378
379                 else
380                     break;
381
382                 delta += delta / 2;
383
384                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
385
386                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
387                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
388                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
389             }
390
391             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
392             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
393
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             RootMove& rm = RootMoves[0];
405             if (skill.best != MOVE_NONE)
406                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
407
408             Log log(Options["Search Log Filename"]);
409             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
410                 << std::endl;
411         }
412
413         // Do we have found a "mate in x"?
414         if (   Limits.mate
415             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
416             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
417             Signals.stop = true;
418
419         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
420         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
421         {
422             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
423
424             // Take in account some extra time if the best move has changed
425             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
426                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
427
428             // Stop search if most of available time is already consumed. We
429             // probably don't have enough time to search the first move at the
430             // next iteration anyway.
431             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
432                 stop = true;
433
434             // Stop search early if one move seems to be much better than others
435             if (    depth >= 12
436                 && !stop
437                 &&  PVSize == 1
438                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
439                 && (   RootMoves.size() == 1
440                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
441             {
442                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
443                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
444                 ss->skipNullMove = true;
445                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
446                 ss->skipNullMove = false;
447                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
448
449                 if (v < rBeta)
450                     stop = true;
451             }
452
453             if (stop)
454             {
455                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
456                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
457                 if (Limits.ponder)
458                     Signals.stopOnPonderhit = true;
459                 else
460                     Signals.stop = true;
461             }
462         }
463     }
464   }
465
466
467   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
468   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
469   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
470   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
471   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
472   // here: This is taken care of after we return from the split point.
473
474   template <NodeType NT>
475   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
476
477     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
479     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
480
481     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
482     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
483     assert(depth > DEPTH_ZERO);
484
485     Move quietsSearched[64];
486     StateInfo st;
487     const TTEntry *tte;
488     SplitPoint* splitPoint;
489     Key posKey;
490     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
491     Depth ext, newDepth;
492     Value bestValue, value, ttValue;
493     Value eval, nullValue, futilityValue;
494     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
495     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
496     int moveCount, quietCount;
497
498     // Step 1. Initialize node
499     Thread* thisThread = pos.this_thread();
500     moveCount = quietCount = 0;
501     inCheck = pos.checkers();
502
503     if (SpNode)
504     {
505         splitPoint = ss->splitPoint;
506         bestMove   = splitPoint->bestMove;
507         threatMove = splitPoint->threatMove;
508         bestValue  = splitPoint->bestValue;
509         tte = NULL;
510         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
511         ttValue = VALUE_NONE;
512
513         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
514
515         goto moves_loop;
516     }
517
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     ss->futilityMoveCount = 0;
522     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
523     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
524
525     // Used to send selDepth info to GUI
526     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
527         thisThread->maxPly = ss->ply;
528
529     if (!RootNode)
530     {
531         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
532         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
533             return DrawValue[pos.side_to_move()];
534
535         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
536         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
537         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
538         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
539         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
540         // in this case return a fail-high score.
541         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
542         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
543         if (alpha >= beta)
544             return alpha;
545     }
546
547     // Step 4. Transposition table lookup
548     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
549     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
550     excludedMove = ss->excludedMove;
551     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
552     tte = TT.probe(posKey);
553     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
554     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
555
556     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
557     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
558     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
559     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
560     if (   !RootNode
561         && tte
562         && tte->depth() >= depth
563         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
564         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
565             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
566                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
567     {
568         TT.refresh(tte);
569         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
570
571         if (    ttValue >= beta
572             &&  ttMove
573             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
574             &&  ttMove != ss->killers[0])
575         {
576             ss->killers[1] = ss->killers[0];
577             ss->killers[0] = ttMove;
578         }
579         return ttValue;
580     }
581
582     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
583     if (inCheck)
584     {
585         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
586         goto moves_loop;
587     }
588
589     else if (tte)
590     {
591         // Never assume anything on values stored in TT
592         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
593             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
594             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
595
596         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
597         if (ttValue != VALUE_NONE)
598             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
599                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
600                 eval = ttValue;
601     }
602     else
603     {
604         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
605         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
606                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
607     }
608
609     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
610     // evaluation before and after the move.
611     if (   !pos.captured_piece_type()
612         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
613         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
614         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
615         &&  type_of(move) == NORMAL)
616     {
617         Square to = to_sq(move);
618         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
619     }
620
621     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
622     if (   !PvNode
623         &&  depth < 4 * ONE_PLY
624         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
625         &&  ttMove == MOVE_NONE
626         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
627         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
628     {
629         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
630         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
631         if (v < rbeta)
632             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
633             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
634             return v;
635     }
636
637     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
638     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
639     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
640     if (   !PvNode
641         && !ss->skipNullMove
642         &&  depth < 4 * ONE_PLY
643         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
644         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
645         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
646         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
647         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
648
649     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
650     if (   !PvNode
651         && !ss->skipNullMove
652         &&  depth > ONE_PLY
653         &&  eval >= beta
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
655         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
656     {
657         ss->currentMove = MOVE_NULL;
658
659         // Null move dynamic reduction based on depth
660         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
661
662         // Null move dynamic reduction based on value
663         if (eval - PawnValueMg > beta)
664             R += ONE_PLY;
665
666         pos.do_null_move(st);
667         (ss+1)->skipNullMove = true;
668         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
669                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
670         (ss+1)->skipNullMove = false;
671         pos.undo_null_move();
672
673         if (nullValue >= beta)
674         {
675             // Do not return unproven mate scores
676             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
677                 nullValue = beta;
678
679             if (depth < 12 * ONE_PLY)
680                 return nullValue;
681
682             // Do verification search at high depths
683             ss->skipNullMove = true;
684             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
685             ss->skipNullMove = false;
686
687             if (v >= beta)
688                 return nullValue;
689         }
690         else
691         {
692             // The null move failed low, which means that we may be faced with
693             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
694             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
695             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
696             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
697             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
698             threatMove = (ss+1)->currentMove;
699
700             if (   depth < 5 * ONE_PLY
701                 && (ss-1)->reduction
702                 && threatMove != MOVE_NONE
703                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
704                 return alpha;
705         }
706     }
707
708     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
709     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
710     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
711     // prune the previous move.
712     if (   !PvNode
713         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
714         && !ss->skipNullMove
715         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
716     {
717         Value rbeta = beta + 200;
718         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
719
720         assert(rdepth >= ONE_PLY);
721         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
722         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
723
724         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
725         CheckInfo ci(pos);
726
727         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
728             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
729             {
730                 ss->currentMove = move;
731                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
732                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
733                 pos.undo_move(move);
734                 if (value >= rbeta)
735                     return value;
736             }
737     }
738
739     // Step 10. Internal iterative deepening
740     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
741         && ttMove == MOVE_NONE
742         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
743     {
744         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
745
746         ss->skipNullMove = true;
747         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
748         ss->skipNullMove = false;
749
750         tte = TT.probe(posKey);
751         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
752     }
753
754 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
755
756     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
757     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
758                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
759
760     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
761     CheckInfo ci(pos);
762     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
763     singularExtensionNode =   !RootNode
764                            && !SpNode
765                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
766                            &&  ttMove != MOVE_NONE
767                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
768                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
769                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
770
771     // Step 11. Loop through moves
772     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
773     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
774     {
775       assert(is_ok(move));
776
777       if (move == excludedMove)
778           continue;
779
780       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
781       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
782       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
783       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
784           continue;
785
786       if (SpNode)
787       {
788           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
789           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
790               continue;
791
792           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
793           splitPoint->mutex.unlock();
794       }
795       else
796           moveCount++;
797
798       if (RootNode)
799       {
800           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
801
802           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
803               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
804                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
805                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
806       }
807
808       ext = DEPTH_ZERO;
809       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
810       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
811       dangerous =   givesCheck
812                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
813                  || type_of(move) == CASTLE;
814
815       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
816       if (PvNode && dangerous)
817           ext = ONE_PLY;
818
819       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
820           ext = ONE_PLY / 2;
821
822       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
823       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
824       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
825       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
826       // a margin then we extend ttMove.
827       if (    singularExtensionNode
828           &&  move == ttMove
829           && !ext
830           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
831           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
832       {
833           assert(ttValue != VALUE_NONE);
834
835           Value rBeta = ttValue - int(depth);
836           ss->excludedMove = move;
837           ss->skipNullMove = true;
838           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
839           ss->skipNullMove = false;
840           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
841
842           if (value < rBeta)
843               ext = ONE_PLY;
844       }
845
846       // Update current move (this must be done after singular extension search)
847       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
848
849       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
850       if (   !PvNode
851           && !captureOrPromotion
852           && !inCheck
853           && !dangerous
854        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
855           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
856       {
857           // Move count based pruning
858           if (   depth < 16 * ONE_PLY
859               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
860               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
861           {
862               if (SpNode)
863                   splitPoint->mutex.lock();
864
865               continue;
866           }
867
868           // Value based pruning
869           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
870           // but fixing this made program slightly weaker.
871           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
872           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
873                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
874
875           if (futilityValue < beta)
876           {
877               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
878
879               if (SpNode)
880               {
881                   splitPoint->mutex.lock();
882                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
883                       splitPoint->bestValue = bestValue;
884               }
885               continue;
886           }
887
888           // Prune moves with negative SEE at low depths
889           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
890               && pos.see_sign(move) < 0)
891           {
892               if (SpNode)
893                   splitPoint->mutex.lock();
894
895               continue;
896           }
897
898           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
899           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
900           ss->futilityMoveCount = moveCount;
901       }
902       else
903           ss->futilityMoveCount = 0;
904
905       // Check for legality only before to do the move
906       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
907       {
908           moveCount--;
909           continue;
910       }
911
912       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
913       ss->currentMove = move;
914       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
915           quietsSearched[quietCount++] = move;
916
917       // Step 14. Make the move
918       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
919
920       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
921       // re-searched at full depth.
922       if (    depth > 3 * ONE_PLY
923           && !pvMove
924           && !captureOrPromotion
925           && !dangerous
926           &&  move != ttMove
927           &&  move != ss->killers[0]
928           &&  move != ss->killers[1])
929       {
930           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
931
932           if (!PvNode && cutNode)
933               ss->reduction += ONE_PLY;
934
935           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
936               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
937
938           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
939           if (SpNode)
940               alpha = splitPoint->alpha;
941
942           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
943
944           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
945           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
946       }
947       else
948           doFullDepthSearch = !pvMove;
949
950       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
951       if (doFullDepthSearch)
952       {
953           if (SpNode)
954               alpha = splitPoint->alpha;
955
956           value = newDepth < ONE_PLY ?
957                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
959                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
960       }
961
962       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
963       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
964       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
965       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
966           value = newDepth < ONE_PLY ?
967                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
969                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
970       // Step 17. Undo move
971       pos.undo_move(move);
972
973       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
974
975       // Step 18. Check for new best move
976       if (SpNode)
977       {
978           splitPoint->mutex.lock();
979           bestValue = splitPoint->bestValue;
980           alpha = splitPoint->alpha;
981       }
982
983       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
984       // was aborted because the user interrupted the search or because we
985       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
986       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
987       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
988           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
989
990       if (RootNode)
991       {
992           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
993
994           // PV move or new best move ?
995           if (pvMove || value > alpha)
996           {
997               rm.score = value;
998               rm.extract_pv_from_tt(pos);
999
1000               // We record how often the best move has been changed in each
1001               // iteration. This information is used for time management: When
1002               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1003               if (!pvMove)
1004                   BestMoveChanges++;
1005           }
1006           else
1007               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1008               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1009               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1010               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1011       }
1012
1013       if (value > bestValue)
1014       {
1015           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1016
1017           if (value > alpha)
1018           {
1019               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1020
1021               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1022                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1023               else
1024               {
1025                   assert(value >= beta); // Fail high
1026
1027                   if (SpNode)
1028                       splitPoint->cutoff = true;
1029
1030                   break;
1031               }
1032           }
1033       }
1034
1035       // Step 19. Check for splitting the search
1036       if (   !SpNode
1037           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1038           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1039           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1040       {
1041           assert(bestValue < beta);
1042
1043           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1044                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1045           if (bestValue >= beta)
1046               break;
1047       }
1048     }
1049
1050     if (SpNode)
1051         return bestValue;
1052
1053     // Step 20. Check for mate and stalemate
1054     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1055     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1056     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1057     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1058     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1059     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1060     if (!moveCount)
1061         return  excludedMove ? alpha
1062               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1063
1064     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1065     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1066         bestValue = alpha;
1067
1068     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1069              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1070              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1071              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1072
1073     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1074     if (    bestValue >= beta
1075         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1076         && !inCheck)
1077     {
1078         if (ss->killers[0] != bestMove)
1079         {
1080             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1081             ss->killers[0] = bestMove;
1082         }
1083
1084         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1085         // played non-capture moves.
1086         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1087         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1088         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1089         {
1090             Move m = quietsSearched[i];
1091             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1092         }
1093
1094         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1095             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1096     }
1097
1098     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1099
1100     return bestValue;
1101   }
1102
1103
1104   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1105   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1106   // less than ONE_PLY).
1107
1108   template <NodeType NT, bool InCheck>
1109   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1110
1111     const bool PvNode = (NT == PV);
1112
1113     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1114     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1115     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1116     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1117     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1118
1119     StateInfo st;
1120     const TTEntry* tte;
1121     Key posKey;
1122     Move ttMove, move, bestMove;
1123     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1124     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1125     Depth ttDepth;
1126
1127     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1128     if (PvNode)
1129         oldAlpha = alpha;
1130
1131     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1132     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1133
1134     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1135     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1136         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1137
1138     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1139     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1140     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1141     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1142                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1143
1144     // Transposition table lookup
1145     posKey = pos.key();
1146     tte = TT.probe(posKey);
1147     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1148     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1149
1150     if (   tte
1151         && tte->depth() >= ttDepth
1152         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1153         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1154             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1155                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1156     {
1157         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1158         return ttValue;
1159     }
1160
1161     // Evaluate the position statically
1162     if (InCheck)
1163     {
1164         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1165         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1166         enoughMaterial = false;
1167     }
1168     else
1169     {
1170         if (tte)
1171         {
1172             // Never assume anything on values stored in TT
1173             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1174                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1175                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1176         }
1177         else
1178             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1179
1180         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1181         if (bestValue >= beta)
1182         {
1183             if (!tte)
1184                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1185                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1186
1187             return bestValue;
1188         }
1189
1190         if (PvNode && bestValue > alpha)
1191             alpha = bestValue;
1192
1193         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1194         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1195     }
1196
1197     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1198     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1199     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1200     // be generated.
1201     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1202     CheckInfo ci(pos);
1203
1204     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1205     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1206     {
1207       assert(is_ok(move));
1208
1209       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1210
1211       // Futility pruning
1212       if (   !PvNode
1213           && !InCheck
1214           && !givesCheck
1215           &&  move != ttMove
1216           &&  enoughMaterial
1217           &&  type_of(move) != PROMOTION
1218           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1219       {
1220           futilityValue =  futilityBase
1221                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1222                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1223
1224           if (futilityValue < beta)
1225           {
1226               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1227               continue;
1228           }
1229
1230           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1231           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1232           if (   futilityBase < beta
1233               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1234           {
1235               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1236               continue;
1237           }
1238       }
1239
1240       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1241       evasionPrunable =   !PvNode
1242                        &&  InCheck
1243                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1244                        && !pos.is_capture(move)
1245                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1246
1247       // Don't search moves with negative SEE values
1248       if (   !PvNode
1249           && (!InCheck || evasionPrunable)
1250           &&  move != ttMove
1251           &&  type_of(move) != PROMOTION
1252           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1253           continue;
1254
1255       // Don't search useless checks
1256       if (   !PvNode
1257           && !InCheck
1258           &&  givesCheck
1259           &&  move != ttMove
1260           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1261           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1262           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1263           continue;
1264
1265       // Check for legality only before to do the move
1266       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1267           continue;
1268
1269       ss->currentMove = move;
1270
1271       // Make and search the move
1272       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1273       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1274                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1275       pos.undo_move(move);
1276
1277       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1278
1279       // Check for new best move
1280       if (value > bestValue)
1281       {
1282           bestValue = value;
1283
1284           if (value > alpha)
1285           {
1286               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1287               {
1288                   alpha = value;
1289                   bestMove = move;
1290               }
1291               else // Fail high
1292               {
1293                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1294                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1295
1296                   return value;
1297               }
1298           }
1299        }
1300     }
1301
1302     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1303     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1304     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1305         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1306
1307     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1308              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1309              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1310
1311     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1312
1313     return bestValue;
1314   }
1315
1316
1317   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1318   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1319   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1320
1321   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1322
1323     assert(v != VALUE_NONE);
1324
1325     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1326           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1327   }
1328
1329
1330   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1331   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1332   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1333
1334   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1335
1336     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1337           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1338           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1339   }
1340
1341
1342   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1343
1344   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1345   {
1346     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1347     Square from = from_sq(move);
1348     Square to = to_sq(move);
1349     Color them = ~pos.side_to_move();
1350     Square ksq = pos.king_square(them);
1351     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1352     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1353     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1354     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1355     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1356
1357     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1358     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1359         return true;
1360
1361     // Queen contact check is very dangerous
1362     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1363         return true;
1364
1365     // Creating new double threats with checks is dangerous
1366     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1367     while (b)
1368     {
1369         // Note that here we generate illegal "double move"!
1370         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1371             return true;
1372     }
1373
1374     return false;
1375   }
1376
1377
1378   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1379   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1380   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1381   // from a null search that fails low).
1382
1383   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1384
1385     assert(is_ok(first));
1386     assert(is_ok(second));
1387     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1388     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1389
1390     Square m1from = from_sq(first);
1391     Square m2from = from_sq(second);
1392     Square m1to = to_sq(first);
1393     Square m2to = to_sq(second);
1394
1395     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1396     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1397         return true;
1398
1399     // Second one moves through the square vacated by first one
1400     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1401       return true;
1402
1403     // Second's destination is defended by the first move's piece
1404     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1405     if (m1att & m2to)
1406         return true;
1407
1408     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1409     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1410     {
1411         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1412         return true;
1413     }
1414
1415     return false;
1416   }
1417
1418
1419   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1420   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1421   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1422
1423   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1424
1425     assert(is_ok(first));
1426     assert(is_ok(second));
1427
1428     Square m1from = from_sq(first);
1429     Square m2from = from_sq(second);
1430     Square m1to = to_sq(first);
1431     Square m2to = to_sq(second);
1432
1433     // Don't prune moves of the threatened piece
1434     if (m1from == m2to)
1435         return true;
1436
1437     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1438     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1439     if (    pos.is_capture(second)
1440         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1441             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1442     {
1443         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1444         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1445         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1446
1447         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1448         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1449             return true;
1450
1451         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1452         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1453                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1454
1455         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1456         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1457             return true;
1458     }
1459
1460     // Don't prune safe moves which block the threat path
1461     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1462         return true;
1463
1464     return false;
1465   }
1466
1467
1468   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1469   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1470
1471   Move Skill::pick_move() {
1472
1473     static RKISS rk;
1474
1475     // PRNG sequence should be not deterministic
1476     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1477         rk.rand<unsigned>();
1478
1479     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1480     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1481     int weakness = 120 - 2 * level;
1482     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1483     best = MOVE_NONE;
1484
1485     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1486     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1487     // then we choose the move with the resulting highest score.
1488     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1489     {
1490         int s = RootMoves[i].score;
1491
1492         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1493         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1494             break;
1495
1496         // This is our magic formula
1497         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1498               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1499
1500         if (s > max_s)
1501         {
1502             max_s = s;
1503             best = RootMoves[i].pv[0];
1504         }
1505     }
1506     return best;
1507   }
1508
1509
1510   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1511   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1512   // the previous search score.
1513
1514   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1515
1516     std::stringstream s;
1517     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1518     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1519     int selDepth = 0;
1520
1521     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1522         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1523             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1524
1525     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1526     {
1527         bool updated = (i <= PVIdx);
1528
1529         if (depth == 1 && !updated)
1530             continue;
1531
1532         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1533         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1534
1535         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1536             s << "\n";
1537
1538         s << "info depth " << d
1539           << " seldepth "  << selDepth
1540           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1541           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1542           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1543           << " time "      << elapsed
1544           << " multipv "   << i + 1
1545           << " pv";
1546
1547         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1548             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1549     }
1550
1551     return s.str();
1552   }
1553
1554 } // namespace
1555
1556
1557 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1558 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1559 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1560 /// long PV to print that is important for position analysis.
1561
1562 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1563
1564   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1565   const TTEntry* tte;
1566   int ply = 0;
1567   Move m = pv[0];
1568
1569   pv.clear();
1570
1571   do {
1572       pv.push_back(m);
1573
1574       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1575
1576       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1577       tte = TT.probe(pos.key());
1578
1579   } while (   tte
1580            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1581            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1582            && ply < MAX_PLY
1583            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1584
1585   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1586
1587   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1588 }
1589
1590
1591 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1592 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1593 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1594
1595 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1596
1597   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1598   const TTEntry* tte;
1599   int ply = 0;
1600
1601   do {
1602       tte = TT.probe(pos.key());
1603
1604       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1605           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1606
1607       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1608
1609       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1610
1611   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1612
1613   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1614 }
1615
1616
1617 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1618
1619 void Thread::idle_loop() {
1620
1621   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1622   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1623   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1624
1625   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1626
1627   while (true)
1628   {
1629       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1630       // wasting CPU time polling for work.
1631       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1632       {
1633           if (exit)
1634           {
1635               assert(!this_sp);
1636               return;
1637           }
1638
1639           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1640           mutex.lock();
1641
1642           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1643           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1644           {
1645               mutex.unlock();
1646               break;
1647           }
1648
1649           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1650           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1651           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1652           // we had the chance to grab the lock.
1653           if (!searching && !exit)
1654               sleepCondition.wait(mutex);
1655
1656           mutex.unlock();
1657       }
1658
1659       // If this thread has been assigned work, launch a search
1660       if (searching)
1661       {
1662           assert(!exit);
1663
1664           Threads.mutex.lock();
1665
1666           assert(searching);
1667           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1668
1669           Threads.mutex.unlock();
1670
1671           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1672           Position pos(*sp->pos, this);
1673
1674           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1675           ss->splitPoint = sp;
1676
1677           sp->mutex.lock();
1678
1679           assert(activePosition == NULL);
1680
1681           activePosition = &pos;
1682
1683           switch (sp->nodeType) {
1684           case Root:
1685               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1686               break;
1687           case PV:
1688               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1689               break;
1690           case NonPV:
1691               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1692               break;
1693           default:
1694               assert(false);
1695           }
1696
1697           assert(searching);
1698
1699           searching = false;
1700           activePosition = NULL;
1701           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1702           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1703
1704           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1705           // in case we are the last slave of the split point.
1706           if (    Threads.sleepWhileIdle
1707               &&  this != sp->masterThread
1708               && !sp->slavesMask)
1709           {
1710               assert(!sp->masterThread->searching);
1711               sp->masterThread->notify_one();
1712           }
1713
1714           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1715           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1716           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1717           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1718           sp->mutex.unlock();
1719       }
1720
1721       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1722       // their work at this split point, return from the idle loop.
1723       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1724       {
1725           this_sp->mutex.lock();
1726           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1727           this_sp->mutex.unlock();
1728           if (finished)
1729               return;
1730       }
1731   }
1732 }
1733
1734
1735 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1736 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1737 /// available time and so stop the search.
1738
1739 void check_time() {
1740
1741   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1742   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1743
1744   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1745   {
1746       lastInfoTime = Time::now();
1747       dbg_print();
1748   }
1749
1750   if (Limits.ponder)
1751       return;
1752
1753   if (Limits.nodes)
1754   {
1755       Threads.mutex.lock();
1756
1757       nodes = RootPos.nodes_searched();
1758
1759       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1760       // all the currently active positions nodes.
1761       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1762           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1763           {
1764               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1765
1766               sp.mutex.lock();
1767
1768               nodes += sp.nodes;
1769               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1770               while (sm)
1771               {
1772                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1773                   if (pos)
1774                       nodes += pos->nodes_searched();
1775               }
1776
1777               sp.mutex.unlock();
1778           }
1779
1780       Threads.mutex.unlock();
1781   }
1782
1783   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1784   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1785                          && !Signals.failedLowAtRoot
1786                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1787
1788   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1789                    || stillAtFirstMove;
1790
1791   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1792       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1793       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1794       Signals.stop = true;
1795 }