b538897944ba7d174e17fdded262d8ddb719f0f4
[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 yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
103   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
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.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
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 * MaterialTable::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   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.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 we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
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             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
410         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
411             bestMoveNeverChanged = false;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
417
418             // Take in account some extra time if the best move has changed
419             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
420                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
421
422             // Stop search if most of available time is already consumed. We
423             // probably don't have enough time to search the first move at the
424             // next iteration anyway.
425             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
426                 stop = true;
427
428             // Stop search early if one move seems to be much better than others
429             if (    depth >= 12
430                 && !stop
431                 &&  PVSize == 1
432                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
433                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
434             {
435                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
436                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
437                 (ss+1)->skipNullMove = true;
438                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
439                 (ss+1)->skipNullMove = false;
440                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
441
442                 if (v < rBeta)
443                     stop = true;
444             }
445
446             if (stop)
447             {
448                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
449                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
450                 if (Limits.ponder)
451                     Signals.stopOnPonderhit = true;
452                 else
453                     Signals.stop = true;
454             }
455         }
456     }
457   }
458
459
460   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
461   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
462   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
463   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
464   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
465   // here: This is taken care of after we return from the split point.
466
467   template <NodeType NT>
468   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
469
470     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
472     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
473
474     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
475     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
476     assert(depth > DEPTH_ZERO);
477
478     Move movesSearched[64];
479     StateInfo st;
480     const TTEntry *tte;
481     SplitPoint* sp;
482     Key posKey;
483     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
484     Depth ext, newDepth;
485     Value bestValue, value, ttValue;
486     Value eval, nullValue, futilityValue;
487     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
488     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
489     int moveCount, playedMoveCount;
490
491     // Step 1. Initialize node
492     Thread* thisThread = pos.this_thread();
493     moveCount = playedMoveCount = 0;
494     inCheck = pos.in_check();
495
496     if (SpNode)
497     {
498         sp = ss->sp;
499         bestMove   = sp->bestMove;
500         threatMove = sp->threatMove;
501         bestValue  = sp->bestValue;
502         tte = NULL;
503         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
504         ttValue = VALUE_NONE;
505
506         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
507
508         goto split_point_start;
509     }
510
511     bestValue = -VALUE_INFINITE;
512     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
513     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
514     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
515     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
516
517     // Used to send selDepth info to GUI
518     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
519         thisThread->maxPly = ss->ply;
520
521     if (!RootNode)
522     {
523         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
524         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
525             return DrawValue[pos.side_to_move()];
526
527         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
528         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
529         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
530         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
531         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
532         // in this case return a fail-high score.
533         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
534         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     // Step 4. Transposition table lookup
540     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
541     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
542     excludedMove = ss->excludedMove;
543     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
544     tte = TT.probe(posKey);
545     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
546     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
547
548     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
549     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
550     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
551     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
552     if (   !RootNode
553         && tte
554         && tte->depth() >= depth
555         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
556         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
557             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
558                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
559     {
560         TT.refresh(tte);
561         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
562
563         if (    ttValue >= beta
564             &&  ttMove
565             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
566             &&  ttMove != ss->killers[0])
567         {
568             ss->killers[1] = ss->killers[0];
569             ss->killers[0] = ttMove;
570         }
571         return ttValue;
572     }
573
574     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
575     if (inCheck)
576         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
577
578     else if (tte)
579     {
580         // Following asserts are valid only in single thread condition because
581         // TT access is always racy and its contents cannot be trusted.
582         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
583         assert(ttValue != VALUE_NONE || tte->type() == BOUND_NONE || Threads.size() > 1);
584
585         ss->staticEval = eval = tte->static_value();
586         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
587
588         if (eval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
589             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
590
591         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
592         if (ttValue != VALUE_NONE)
593             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
594                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
595                 eval = ttValue;
596     }
597     else
598     {
599         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
600         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
601                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
602     }
603
604     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
605     // evaluation before and after the move.
606     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
607         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
608         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
609         && !pos.captured_piece_type()
610         &&  type_of(move) == NORMAL)
611     {
612         Square to = to_sq(move);
613         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
614     }
615
616     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
617     if (   !PvNode
618         &&  depth < 4 * ONE_PLY
619         && !inCheck
620         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
621         &&  ttMove == MOVE_NONE
622         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
623         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
624     {
625         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
626         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
627         if (v < rbeta)
628             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
629             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
630             return v;
631     }
632
633     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
634     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
635     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
636     if (   !PvNode
637         && !ss->skipNullMove
638         &&  depth < 4 * ONE_PLY
639         && !inCheck
640         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
641         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
642         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
643         return eval - FutilityMargins[depth][0];
644
645     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
646     if (   !PvNode
647         && !ss->skipNullMove
648         &&  depth > ONE_PLY
649         && !inCheck
650         &&  eval >= beta
651         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
652         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
653     {
654         ss->currentMove = MOVE_NULL;
655
656         // Null move dynamic reduction based on depth
657         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
658
659         // Null move dynamic reduction based on value
660         if (eval - PawnValueMg > beta)
661             R += ONE_PLY;
662
663         pos.do_null_move<true>(st);
664         (ss+1)->skipNullMove = true;
665         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
666                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
667         (ss+1)->skipNullMove = false;
668         pos.do_null_move<false>(st);
669
670         if (nullValue >= beta)
671         {
672             // Do not return unproven mate scores
673             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
674                 nullValue = beta;
675
676             if (depth < 6 * ONE_PLY)
677                 return nullValue;
678
679             // Do verification search at high depths
680             ss->skipNullMove = true;
681             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
682             ss->skipNullMove = false;
683
684             if (v >= beta)
685                 return nullValue;
686         }
687         else
688         {
689             // The null move failed low, which means that we may be faced with
690             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
691             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
692             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
693             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
694             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
695             threatMove = (ss+1)->currentMove;
696
697             if (   depth < 5 * ONE_PLY
698                 && (ss-1)->reduction
699                 && threatMove != MOVE_NONE
700                 && yields_to_threat(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
701                 return beta - 1;
702         }
703     }
704
705     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
706     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
707     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
708     // prune the previous move.
709     if (   !PvNode
710         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
711         && !inCheck
712         && !ss->skipNullMove
713         &&  excludedMove == MOVE_NONE
714         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
715     {
716         Value rbeta = beta + 200;
717         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
718
719         assert(rdepth >= ONE_PLY);
720         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
721         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
722
723         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
724         CheckInfo ci(pos);
725
726         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
727             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
728             {
729                 ss->currentMove = move;
730                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
731                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
732                 pos.undo_move(move);
733                 if (value >= rbeta)
734                     return value;
735             }
736     }
737
738     // Step 10. Internal iterative deepening
739     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
740         && ttMove == MOVE_NONE
741         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
742     {
743         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
744
745         ss->skipNullMove = true;
746         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
747         ss->skipNullMove = false;
748
749         tte = TT.probe(posKey);
750         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
751     }
752
753 split_point_start: // At split points actual search starts from here
754
755     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
756     CheckInfo ci(pos);
757     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
758     singularExtensionNode =   !RootNode
759                            && !SpNode
760                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
761                            &&  ttMove != MOVE_NONE
762                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
763                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
764                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
765
766     // Step 11. Loop through moves
767     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
768     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
769     {
770       assert(is_ok(move));
771
772       if (move == excludedMove)
773           continue;
774
775       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
776       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
777       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
778       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
779           continue;
780
781       if (SpNode)
782       {
783           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
784           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
785               continue;
786
787           moveCount = ++sp->moveCount;
788           sp->mutex.unlock();
789       }
790       else
791           moveCount++;
792
793       if (RootNode)
794       {
795           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
796
797           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
798               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
799                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
800                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
801       }
802
803       ext = DEPTH_ZERO;
804       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
805       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
806       dangerous =   givesCheck
807                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
808                  || type_of(move) == CASTLE
809                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
810                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
811                      && type_of(move) == NORMAL
812                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
813                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
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);
839           ss->skipNullMove = false;
840           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
841
842           if (value < rBeta)
843               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : 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
855           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
856                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
857       {
858           // Move count based pruning
859           if (   depth < 16 * ONE_PLY
860               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
861               && (!threatMove || !prevents_threat(pos, move, threatMove)))
862           {
863               if (SpNode)
864                   sp->mutex.lock();
865
866               continue;
867           }
868
869           // Value based pruning
870           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
871           // but fixing this made program slightly weaker.
872           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
873           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
874                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
875
876           if (futilityValue < beta)
877           {
878               if (SpNode)
879                   sp->mutex.lock();
880
881               continue;
882           }
883
884           // Prune moves with negative SEE at low depths
885           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
886               && pos.see_sign(move) < 0)
887           {
888               if (SpNode)
889                   sp->mutex.lock();
890
891               continue;
892           }
893       }
894
895       // Check for legality only before to do the move
896       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
897       {
898           moveCount--;
899           continue;
900       }
901
902       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
903       ss->currentMove = move;
904       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
905           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
906
907       // Step 14. Make the move
908       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
909
910       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
911       // re-searched at full depth.
912       if (    depth > 3 * ONE_PLY
913           && !pvMove
914           && !captureOrPromotion
915           && !dangerous
916           &&  ss->killers[0] != move
917           &&  ss->killers[1] != move)
918       {
919           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
920           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
921           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
922
923           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
924
925           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
926           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
927       }
928       else
929           doFullDepthSearch = !pvMove;
930
931       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
932       if (doFullDepthSearch)
933       {
934           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
935           value = newDepth < ONE_PLY ?
936                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
938                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
939       }
940
941       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
942       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
943       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
944       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
945           value = newDepth < ONE_PLY ?
946                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
948                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
949       // Step 17. Undo move
950       pos.undo_move(move);
951
952       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
953
954       // Step 18. Check for new best move
955       if (SpNode)
956       {
957           sp->mutex.lock();
958           bestValue = sp->bestValue;
959           alpha = sp->alpha;
960       }
961
962       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
963       // was aborted because the user interrupted the search or because we
964       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
965       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
966       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
967           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
968
969       if (RootNode)
970       {
971           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
972
973           // PV move or new best move ?
974           if (pvMove || value > alpha)
975           {
976               rm.score = value;
977               rm.extract_pv_from_tt(pos);
978
979               // We record how often the best move has been changed in each
980               // iteration. This information is used for time management: When
981               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
982               if (!pvMove)
983                   BestMoveChanges++;
984           }
985           else
986               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
987               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
988               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
989               rm.score = -VALUE_INFINITE;
990       }
991
992       if (value > bestValue)
993       {
994           bestValue = value;
995           if (SpNode) sp->bestValue = value;
996
997           if (value > alpha)
998           {
999               bestMove = move;
1000               if (SpNode) sp->bestMove = move;
1001
1002               if (PvNode && value < beta)
1003               {
1004                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1005                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1006               }
1007               else
1008               {
1009                   assert(value >= beta); // Fail high
1010
1011                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1012                   break;
1013               }
1014           }
1015       }
1016
1017       // Step 19. Check for splitting the search
1018       if (   !SpNode
1019           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1020           &&  bestValue < beta
1021           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1022       {
1023           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1024                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1025           if (bestValue >= beta)
1026               break;
1027       }
1028     }
1029
1030     if (SpNode)
1031         return bestValue;
1032
1033     // Step 20. Check for mate and stalemate
1034     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1035     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1036     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1037     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1038     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1039     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1040     if (!moveCount)
1041         return  excludedMove ? alpha
1042               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1043
1044     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1045     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1046     {
1047         assert(!playedMoveCount);
1048
1049         bestValue = alpha;
1050     }
1051
1052     if (bestValue >= beta) // Failed high
1053     {
1054         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1055                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1056
1057         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1058         {
1059             if (bestMove != ss->killers[0])
1060             {
1061                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1062                 ss->killers[0] = bestMove;
1063             }
1064
1065             // Increase history value of the cut-off move
1066             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1067             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1068
1069             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1070             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1071             {
1072                 Move m = movesSearched[i];
1073                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1074             }
1075         }
1076     }
1077     else // Failed low or PV search
1078         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1079                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1080                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1081
1082     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1083
1084     return bestValue;
1085   }
1086
1087
1088   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1089   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1090   // less than ONE_PLY).
1091
1092   template <NodeType NT, bool InCheck>
1093   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1094
1095     const bool PvNode = (NT == PV);
1096
1097     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1098     assert(InCheck == pos.in_check());
1099     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1100     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1101     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1102
1103     StateInfo st;
1104     const TTEntry* tte;
1105     Key posKey;
1106     Move ttMove, move, bestMove;
1107     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1108     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1109     Depth ttDepth;
1110
1111     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1112     if (PvNode)
1113         oldAlpha = alpha;
1114
1115     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1116     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1117
1118     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1119     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1120         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1121
1122     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1123     // pruning, but only for move ordering.
1124     posKey = pos.key();
1125     tte = TT.probe(posKey);
1126     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1127     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1128
1129     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1130     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1131     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1132     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1133                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1134     if (   tte
1135         && tte->depth() >= ttDepth
1136         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1137         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1138             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1139                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1140     {
1141         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1142         return ttValue;
1143     }
1144
1145     // Evaluate the position statically
1146     if (InCheck)
1147     {
1148         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1149         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1150         enoughMaterial = false;
1151     }
1152     else
1153     {
1154         if (tte)
1155         {
1156             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
1157
1158             ss->staticEval = bestValue = tte->static_value();
1159             ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
1160
1161             if (ss->staticEval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
1162                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1163         }
1164         else
1165             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1166
1167         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1168         if (bestValue >= beta)
1169         {
1170             if (!tte)
1171                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1172                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1173
1174             return bestValue;
1175         }
1176
1177         if (PvNode && bestValue > alpha)
1178             alpha = bestValue;
1179
1180         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1181         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1182     }
1183
1184     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1185     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1186     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1187     // be generated.
1188     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1189     CheckInfo ci(pos);
1190
1191     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1192     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1193     {
1194       assert(is_ok(move));
1195
1196       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1197
1198       // Futility pruning
1199       if (   !PvNode
1200           && !InCheck
1201           && !givesCheck
1202           &&  move != ttMove
1203           &&  enoughMaterial
1204           &&  type_of(move) != PROMOTION
1205           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1206       {
1207           futilityValue =  futilityBase
1208                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1209                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1210
1211           if (futilityValue < beta)
1212           {
1213               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1214               continue;
1215           }
1216
1217           // Prune moves with negative or equal SEE
1218           if (   futilityBase < beta
1219               && depth < DEPTH_ZERO
1220               && pos.see(move) <= 0)
1221           {
1222               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1223               continue;
1224           }
1225       }
1226
1227       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1228       evasionPrunable =   !PvNode
1229                        &&  InCheck
1230                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1231                        && !pos.is_capture(move)
1232                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1233
1234       // Don't search moves with negative SEE values
1235       if (   !PvNode
1236           && (!InCheck || evasionPrunable)
1237           &&  move != ttMove
1238           &&  type_of(move) != PROMOTION
1239           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1240           continue;
1241
1242       // Don't search useless checks
1243       if (   !PvNode
1244           && !InCheck
1245           &&  givesCheck
1246           &&  move != ttMove
1247           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1248           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1249           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1250           continue;
1251
1252       // Check for legality only before to do the move
1253       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1254           continue;
1255
1256       ss->currentMove = move;
1257
1258       // Make and search the move
1259       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1260       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1261                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1262       pos.undo_move(move);
1263
1264       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1265
1266       // Check for new best move
1267       if (value > bestValue)
1268       {
1269           bestValue = value;
1270
1271           if (value > alpha)
1272           {
1273               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1274               {
1275                   alpha = value;
1276                   bestMove = move;
1277               }
1278               else // Fail high
1279               {
1280                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1281                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1282
1283                   return value;
1284               }
1285           }
1286        }
1287     }
1288
1289     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1290     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1291     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1292         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1293
1294     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1295              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1296              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1297
1298     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1299
1300     return bestValue;
1301   }
1302
1303
1304   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1305   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1306   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1307
1308   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1309
1310     assert(v != VALUE_NONE);
1311
1312     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1313           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1314   }
1315
1316
1317   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1318   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1319   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1320
1321   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1322
1323     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1324           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1325           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1326   }
1327
1328
1329   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1330
1331   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1332   {
1333     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1334     Square from = from_sq(move);
1335     Square to = to_sq(move);
1336     Color them = ~pos.side_to_move();
1337     Square ksq = pos.king_square(them);
1338     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1339     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1340     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1341     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1342     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1343
1344     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1345     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1346         return true;
1347
1348     // Queen contact check is very dangerous
1349     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1350         return true;
1351
1352     // Creating new double threats with checks is dangerous
1353     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1354     while (b)
1355     {
1356         // Note that here we generate illegal "double move"!
1357         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1358             return true;
1359     }
1360
1361     return false;
1362   }
1363
1364
1365   // yields_to_threat() tests whether the move at previous ply yields to the so
1366   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1367   // low). Here 'yields to' means that the move somehow made the threat possible
1368   // for instance if the moving piece is the same in both moves.
1369
1370   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1371
1372     assert(is_ok(move));
1373     assert(is_ok(threat));
1374     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(threat))) == ~pos.side_to_move());
1375
1376     Square mfrom = from_sq(move);
1377     Square mto = to_sq(move);
1378     Square tfrom = from_sq(threat);
1379     Square tto = to_sq(threat);
1380
1381     // The piece is the same or threat's destination was vacated by the move
1382     if (mto == tfrom || tto == mfrom)
1383         return true;
1384
1385     // Threat moves through the vacated square
1386     if (between_bb(tfrom, tto) & mfrom)
1387       return true;
1388
1389     // Threat's destination is defended by the move's piece
1390     Bitboard matt = pos.attacks_from(pos.piece_on(mto), mto, pos.pieces() ^ tfrom);
1391     if (matt & tto)
1392         return true;
1393
1394     // Threat gives a discovered check through the move's checking piece
1395     if (matt & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1396     {
1397         assert(between_bb(mto, pos.king_square(pos.side_to_move())) & tfrom);
1398         return true;
1399     }
1400
1401     return false;
1402   }
1403
1404
1405   // prevents_threat() tests whether a move is able to defend against the so
1406   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1407   // low). In this case will not be pruned.
1408
1409   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1410
1411     assert(is_ok(move));
1412     assert(is_ok(threat));
1413     assert(!pos.is_capture_or_promotion(move));
1414     assert(!pos.is_passed_pawn_push(move));
1415
1416     Square mfrom = from_sq(move);
1417     Square mto = to_sq(move);
1418     Square tfrom = from_sq(threat);
1419     Square tto = to_sq(threat);
1420
1421     // Don't prune moves of the threatened piece
1422     if (mfrom == tto)
1423         return true;
1424
1425     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1426     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1427     if (    pos.is_capture(threat)
1428         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1429             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING))
1430     {
1431         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1432         Bitboard occ = pos.pieces() ^ mfrom ^ mto ^ tfrom;
1433         Piece piece = pos.piece_on(mfrom);
1434
1435         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1436         if (pos.attacks_from(piece, mto, occ) & tto)
1437             return true;
1438
1439         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1440         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1441                        | (attacks_bb<BISHOP>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1442
1443         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1444         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(tto))))
1445             return true;
1446     }
1447
1448     // Don't prune safe moves which block the threat path
1449     if ((between_bb(tfrom, tto) & mto) && pos.see_sign(move) >= 0)
1450         return true;
1451
1452     return false;
1453   }
1454
1455
1456   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1457   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1458
1459   Move Skill::pick_move() {
1460
1461     static RKISS rk;
1462
1463     // PRNG sequence should be not deterministic
1464     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1465         rk.rand<unsigned>();
1466
1467     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1468     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1469     int weakness = 120 - 2 * level;
1470     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1471     best = MOVE_NONE;
1472
1473     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1474     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1475     // then we choose the move with the resulting highest score.
1476     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1477     {
1478         int s = RootMoves[i].score;
1479
1480         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1481         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1482             break;
1483
1484         // This is our magic formula
1485         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1486               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1487
1488         if (s > max_s)
1489         {
1490             max_s = s;
1491             best = RootMoves[i].pv[0];
1492         }
1493     }
1494     return best;
1495   }
1496
1497
1498   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1499   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1500   // the previous search score.
1501
1502   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1503
1504     std::stringstream s;
1505     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1506     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1507     int selDepth = 0;
1508
1509     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1510         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1511             selDepth = Threads[i].maxPly;
1512
1513     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1514     {
1515         bool updated = (i <= PVIdx);
1516
1517         if (depth == 1 && !updated)
1518             continue;
1519
1520         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1521         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1522
1523         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1524             s << "\n";
1525
1526         s << "info depth " << d
1527           << " seldepth "  << selDepth
1528           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1529           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1530           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1531           << " time "      << elaspsed
1532           << " multipv "   << i + 1
1533           << " pv";
1534
1535         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1536             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1537     }
1538
1539     return s.str();
1540   }
1541
1542 } // namespace
1543
1544
1545 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1546 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1547 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1548 /// long PV to print that is important for position analysis.
1549
1550 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1551
1552   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1553   TTEntry* tte;
1554   int ply = 0;
1555   Move m = pv[0];
1556
1557   pv.clear();
1558
1559   do {
1560       pv.push_back(m);
1561
1562       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1563       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1564       tte = TT.probe(pos.key());
1565
1566   } while (   tte
1567            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1568            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1569            && ply < MAX_PLY
1570            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1571
1572   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1573
1574   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1575 }
1576
1577
1578 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1579 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1580 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1581
1582 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1583
1584   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1585   TTEntry* tte;
1586   int ply = 0;
1587   Value v, m;
1588
1589   do {
1590       tte = TT.probe(pos.key());
1591
1592       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1593       {
1594           if (pos.in_check())
1595               v = m = VALUE_NONE;
1596           else
1597               v = evaluate(pos, m);
1598
1599           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
1600       }
1601
1602       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1603       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1604
1605   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1606
1607   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1608 }
1609
1610
1611 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1612
1613 void Thread::idle_loop() {
1614
1615   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1616   // object for which the thread is the master.
1617   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1618
1619   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1620
1621   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1622   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1623   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1624   {
1625       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1626       // instead of wasting CPU time polling for work.
1627       while (   do_sleep
1628              || do_exit
1629              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1630       {
1631           if (do_exit)
1632           {
1633               assert(!sp_master);
1634               return;
1635           }
1636
1637           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1638           mutex.lock();
1639
1640           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1641           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1642           {
1643               mutex.unlock();
1644               break;
1645           }
1646
1647           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1648           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1649           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1650           // had the chance to grab the lock.
1651           if (do_sleep || !is_searching)
1652               sleepCondition.wait(mutex);
1653
1654           mutex.unlock();
1655       }
1656
1657       // If this thread has been assigned work, launch a search
1658       if (is_searching)
1659       {
1660           assert(!do_sleep && !do_exit);
1661
1662           Threads.mutex.lock();
1663
1664           assert(is_searching);
1665           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1666
1667           Threads.mutex.unlock();
1668
1669           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1670           Position pos(*sp->pos, this);
1671
1672           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1673           (ss+1)->sp = sp;
1674
1675           sp->mutex.lock();
1676
1677           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1678
1679           sp->activePositions[idx] = &pos;
1680
1681           if (sp->nodeType == Root)
1682               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1683           else if (sp->nodeType == PV)
1684               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1685           else if (sp->nodeType == NonPV)
1686               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1687           else
1688               assert(false);
1689
1690           assert(is_searching);
1691
1692           is_searching = false;
1693           sp->activePositions[idx] = NULL;
1694           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1695           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1696
1697           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1698           // case we are the last slave of the split point.
1699           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1700               &&  this != sp->master
1701               && !sp->slavesMask)
1702           {
1703               assert(!sp->master->is_searching);
1704               sp->master->wake_up();
1705           }
1706
1707           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1708           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1709           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1710           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1711           sp->mutex.unlock();
1712       }
1713   }
1714 }
1715
1716
1717 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1718 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1719 /// available time and so stop the search.
1720
1721 void check_time() {
1722
1723   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1724   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1725
1726   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1727   {
1728       lastInfoTime = Time::now();
1729       dbg_print();
1730   }
1731
1732   if (Limits.ponder)
1733       return;
1734
1735   if (Limits.nodes)
1736   {
1737       Threads.mutex.lock();
1738
1739       nodes = RootPos.nodes_searched();
1740
1741       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1742       // all the currently active slaves positions.
1743       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1744           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1745           {
1746               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1747
1748               sp.mutex.lock();
1749
1750               nodes += sp.nodes;
1751               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1752               while (sm)
1753               {
1754                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1755                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1756               }
1757
1758               sp.mutex.unlock();
1759           }
1760
1761       Threads.mutex.unlock();
1762   }
1763
1764   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1765   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1766                          && !Signals.failedLowAtRoot
1767                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1768
1769   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1770                    || stillAtFirstMove;
1771
1772   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1773       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1774       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1775       Signals.stop = true;
1776 }