b56a83dcbeab820f136a08be65cfc1529f41ab1b
[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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.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   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   CountermovesStats Countermoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
98   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
99   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
100
101   struct Skill {
102     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
103    ~Skill() {
104       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
105           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
106                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
107     }
108
109     bool enabled() const { return level < 20; }
110     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
111     Move pick_move();
112
113     int level;
114     Move best;
115   };
116
117 } // namespace
118
119
120 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
121
122 void Search::init() {
123
124   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
125   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
126   int mc; // moveCount
127
128   // Init reductions array
129   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
130   {
131       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
132       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
133       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
135
136       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
137       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
138
139       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
140           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
141
142       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
143           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
144   }
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; ++d)
148   {
149       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
150       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
151   }
152 }
153
154
155 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
156 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
157
158 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
159
160   StateInfo st;
161   size_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
164
165   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
166   {
167       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
168       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(*it);
170   }
171   return cnt;
172 }
173
174 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
175   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
176 }
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
185
186   RootColor = RootPos.side_to_move();
187   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
188
189   if (RootMoves.empty())
190   {
191       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
192       sync_cout << "info depth 0 score "
193                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
194                 << sync_endl;
195
196       goto finalize;
197   }
198
199   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
200   {
201       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
202
203       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
204       {
205           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
206           goto finalize;
207       }
208   }
209
210   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
211   {
212       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
213       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
214       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
215       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
216   }
217   else
218       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
219
220   if (Options["Write Search Log"])
221   {
222       Log log(Options["Search Log Filename"]);
223       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
224           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
225           << " ponder: "      << Limits.ponder
226           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
227           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
228           << " moves to go: " << Limits.movestogo
229           << std::endl;
230   }
231
232   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
233   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
234       Threads[i]->maxPly = 0;
235
236   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
237   Threads.timer->run = true;
238   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
239
240   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
241
242   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
243   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
244
245   if (Options["Write Search Log"])
246   {
247       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
248
249       Log log(Options["Search Log Filename"]);
250       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
251           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
252           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
253
254       StateInfo st;
255       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
256       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
257       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
258   }
259
260 finalize:
261
262   // When search is stopped this info is not printed
263   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
264             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
265
266   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop being raised,
267   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
268   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
269   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
270   // raise Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
278   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
279             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
280             << sync_endl;
281 }
282
283
284 namespace {
285
286   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
287   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
288   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290   void id_loop(Position& pos) {
291
292     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
293     int depth;
294     Value bestValue, alpha, beta, delta;
295
296     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
297     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
298
299     depth = 0;
300     BestMoveChanges = 0;
301     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
302     beta = VALUE_INFINITE;
303
304     TT.new_search();
305     History.clear();
306     Gains.clear();
307     Countermoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
326         // the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
342             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
346
347                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
348                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
349                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
350                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
351                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
352                 // the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
362                 // valid, although refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before to research.
368                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
369                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
370                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371
372                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
373                 // research, otherwise exit the loop.
374                 if (bestValue <= alpha)
375                 {
376                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
377
378                     Signals.failedLowAtRoot = true;
379                     Signals.stopOnPonderhit = false;
380                 }
381                 else if (bestValue >= beta)
382                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
383
384                 else
385                     break;
386
387                 delta += delta / 2;
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394
395             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
396                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
397         }
398
399         // Do we now need to pick now the sub-optimal best move ?
400         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
401             skill.pick_move();
402
403         if (Options["Write Search Log"])
404         {
405             RootMove& rm = RootMoves[0];
406             if (skill.best != MOVE_NONE)
407                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
408
409             Log log(Options["Search Log Filename"]);
410             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
411                 << std::endl;
412         }
413
414         // Have we found a "mate in x"?
415         if (   Limits.mate
416             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
417             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
418             Signals.stop = true;
419
420         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
421         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
422         {
423             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
424
425             // Take some extra time if the best move has changed
426             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
427                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
428
429             // Stop search if most of the available time is already consumed. We
430             // probably don't have enough time to search the first move at the
431             // next iteration anyway.
432             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
433                 stop = true;
434
435             // Stop search early if one move seems to be much better than others
436             if (    depth >= 12
437                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
438                 && !stop
439                 &&  PVSize == 1
440                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
441                 && (   RootMoves.size() == 1
442                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
443             {
444                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
445                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
446                 ss->skipNullMove = true;
447                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
448                 ss->skipNullMove = false;
449                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
450
451                 if (v < rBeta)
452                     stop = true;
453             }
454
455             if (stop)
456             {
457                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                 if (Limits.ponder)
460                     Signals.stopOnPonderhit = true;
461                 else
462                     Signals.stop = true;
463             }
464         }
465     }
466   }
467
468
469   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
470   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
471   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
472   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
473   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
474   // here: This is taken care of after we return from the split point.
475
476   template <NodeType NT>
477   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
478
479     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
480     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
482
483     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
484     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
485     assert(depth > DEPTH_ZERO);
486
487     Move quietsSearched[64];
488     StateInfo st;
489     const TTEntry *tte;
490     SplitPoint* splitPoint;
491     Key posKey;
492     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
493     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
494     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
495     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
496     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
497     int moveCount, quietCount;
498
499     // Step 1. Initialize node
500     Thread* thisThread = pos.this_thread();
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     moveCount = quietCount = 0;
519     bestValue = -VALUE_INFINITE;
520     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
521     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
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.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 = 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             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
594
595         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
596         if (ttValue != VALUE_NONE)
597             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
598                 eval = ttValue;
599     }
600     else
601     {
602         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
603         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
604     }
605
606     if (   !pos.captured_piece_type()
607         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
608         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
609         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
610         &&  type_of(move) == NORMAL)
611     {
612         Square to = to_sq(move);
613         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
614     }
615
616     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
617     if (   !PvNode
618         &&  depth < 4 * ONE_PLY
619         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
620         &&  ttMove == MOVE_NONE
621         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
622         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
623     {
624         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
625         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
626         if (v < rbeta)
627             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
628             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
629             return v;
630     }
631
632     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
633     if (   !PvNode
634         && !ss->skipNullMove
635         &&  depth < 7 * ONE_PLY
636         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
637         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
638         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
639         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
640         return eval - futility_margin(depth);
641
642     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
643     if (   !PvNode
644         && !ss->skipNullMove
645         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
646         &&  eval >= beta
647         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
648         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
649     {
650         ss->currentMove = MOVE_NULL;
651
652         // Null move dynamic reduction based on depth
653         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
654
655         // Null move dynamic reduction based on value
656         if (eval - PawnValueMg > beta)
657             R += ONE_PLY;
658
659         pos.do_null_move(st);
660         (ss+1)->skipNullMove = true;
661         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
662                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
663         (ss+1)->skipNullMove = false;
664         pos.undo_null_move();
665
666         if (nullValue >= beta)
667         {
668             // Do not return unproven mate scores
669             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
670                 nullValue = beta;
671
672             if (depth < 12 * ONE_PLY)
673                 return nullValue;
674
675             // Do verification search at high depths
676             ss->skipNullMove = true;
677             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
678             ss->skipNullMove = false;
679
680             if (v >= beta)
681                 return nullValue;
682         }
683         else
684         {
685             // The null move failed low, which means that we may be faced with
686             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
687             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
688             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
689             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
690             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
691             threatMove = (ss+1)->currentMove;
692
693             if (   depth < 5 * ONE_PLY
694                 && (ss-1)->reduction
695                 && threatMove != MOVE_NONE
696                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
697                 return alpha;
698         }
699     }
700
701     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
702     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
703     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
704     // prune the previous move.
705     if (   !PvNode
706         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
707         && !ss->skipNullMove
708         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
709     {
710         Value rbeta = beta + 200;
711         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
712
713         assert(rdepth >= ONE_PLY);
714         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
715         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
716
717         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
718         CheckInfo ci(pos);
719
720         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
721             if (pos.legal(move, ci.pinned))
722             {
723                 ss->currentMove = move;
724                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
725                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
726                 pos.undo_move(move);
727                 if (value >= rbeta)
728                     return value;
729             }
730     }
731
732     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
733     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
734         && ttMove == MOVE_NONE
735         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
736     {
737         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
738
739         ss->skipNullMove = true;
740         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
741         ss->skipNullMove = false;
742
743         tte = TT.probe(posKey);
744         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
745     }
746
747 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
748
749     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
750     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
751                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
752
753     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
754     CheckInfo ci(pos);
755     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
756     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
757                || ss->staticEval == VALUE_NONE
758                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
759
760     singularExtensionNode =   !RootNode
761                            && !SpNode
762                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
763                            &&  ttMove != MOVE_NONE
764                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
765                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
766                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
767
768     // Step 11. Loop through moves
769     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
770     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
771     {
772       assert(is_ok(move));
773
774       if (move == excludedMove)
775           continue;
776
777       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
778       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
779       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
780       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
781           continue;
782
783       if (SpNode)
784       {
785           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
786           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
787               continue;
788
789           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
790           splitPoint->mutex.unlock();
791       }
792       else
793           ++moveCount;
794
795       if (RootNode)
796       {
797           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
798
799           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
800               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
801                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
802                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
803       }
804
805       ext = DEPTH_ZERO;
806       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
807       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
808       dangerous =   givesCheck
809                  || pos.passed_pawn_push(move)
810                  || type_of(move) == CASTLING;
811
812       // Step 12. Extend checks
813       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
814           ext = ONE_PLY;
815
816       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
817       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
818       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
819       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
820       // a margin then we extend ttMove.
821       if (    singularExtensionNode
822           &&  move == ttMove
823           && !ext
824           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
825           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
826       {
827           assert(ttValue != VALUE_NONE);
828
829           Value rBeta = ttValue - int(depth);
830           ss->excludedMove = move;
831           ss->skipNullMove = true;
832           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
833           ss->skipNullMove = false;
834           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
835
836           if (value < rBeta)
837               ext = ONE_PLY;
838       }
839
840       // Update current move (this must be done after singular extension search)
841       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
842
843       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
844       if (   !PvNode
845           && !captureOrPromotion
846           && !inCheck
847           && !dangerous
848        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
849           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
850       {
851           // Move count based pruning
852           if (   depth < 16 * ONE_PLY
853               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
854               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
855           {
856               if (SpNode)
857                   splitPoint->mutex.lock();
858
859               continue;
860           }
861
862           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
863
864           // Futility pruning: parent node
865           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
866           {
867               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
868                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
869
870               if (futilityValue <= alpha)
871               {
872                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
873
874                   if (SpNode)
875                   {
876                       splitPoint->mutex.lock();
877                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
878                           splitPoint->bestValue = bestValue;
879                   }
880                   continue;
881               }
882           }
883
884           // Prune moves with negative SEE at low depths
885           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
886           {
887               if (SpNode)
888                   splitPoint->mutex.lock();
889
890               continue;
891           }
892       }
893
894       // Check for legality only before to do the move
895       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
896       {
897           moveCount--;
898           continue;
899       }
900
901       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
902       ss->currentMove = move;
903       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
904           quietsSearched[quietCount++] = move;
905
906       // Step 14. Make the move
907       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
908
909       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
910       // re-searched at full depth.
911       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
912           && !pvMove
913           && !captureOrPromotion
914           &&  move != ttMove
915           &&  move != ss->killers[0]
916           &&  move != ss->killers[1])
917       {
918           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
919
920           if (!PvNode && cutNode)
921               ss->reduction += ONE_PLY;
922
923           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
924               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
925
926           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
927               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
928
929           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
930           if (SpNode)
931               alpha = splitPoint->alpha;
932
933           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
934
935           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
936           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
937       }
938       else
939           doFullDepthSearch = !pvMove;
940
941       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
942       if (doFullDepthSearch)
943       {
944           if (SpNode)
945               alpha = splitPoint->alpha;
946
947           value = newDepth < ONE_PLY ?
948                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
949                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
950                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
951       }
952
953       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
954       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
955       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
956       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
957           value = newDepth < ONE_PLY ?
958                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
959                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
960                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
961       // Step 17. Undo move
962       pos.undo_move(move);
963
964       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
965
966       // Step 18. Check for new best move
967       if (SpNode)
968       {
969           splitPoint->mutex.lock();
970           bestValue = splitPoint->bestValue;
971           alpha = splitPoint->alpha;
972       }
973
974       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
975       // was aborted because the user interrupted the search or because we
976       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
977       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
978       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
979           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
980
981       if (RootNode)
982       {
983           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
984
985           // PV move or new best move ?
986           if (pvMove || value > alpha)
987           {
988               rm.score = value;
989               rm.extract_pv_from_tt(pos);
990
991               // We record how often the best move has been changed in each
992               // iteration. This information is used for time management: When
993               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
994               if (!pvMove)
995                   ++BestMoveChanges;
996           }
997           else
998               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
999               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1000               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1001               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1002       }
1003
1004       if (value > bestValue)
1005       {
1006           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1007
1008           if (value > alpha)
1009           {
1010               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1011
1012               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1013                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1014               else
1015               {
1016                   assert(value >= beta); // Fail high
1017
1018                   if (SpNode)
1019                       splitPoint->cutoff = true;
1020
1021                   break;
1022               }
1023           }
1024       }
1025
1026       // Step 19. Check for splitting the search
1027       if (   !SpNode
1028           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1029           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1030           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1031       {
1032           assert(bestValue < beta);
1033
1034           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1035                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1036           if (bestValue >= beta)
1037               break;
1038       }
1039     }
1040
1041     if (SpNode)
1042         return bestValue;
1043
1044     // Step 20. Check for mate and stalemate
1045     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1046     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1047     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1048     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1049     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1050     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1051     if (!moveCount)
1052         return  excludedMove ? alpha
1053               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1054
1055     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1056     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1057         bestValue = alpha;
1058
1059     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1060              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1061              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1062              depth, bestMove, ss->staticEval);
1063
1064     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1065     if (    bestValue >= beta
1066         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1067         && !inCheck)
1068     {
1069         if (ss->killers[0] != bestMove)
1070         {
1071             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1072             ss->killers[0] = bestMove;
1073         }
1074
1075         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1076         // played non-capture moves.
1077         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1078         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1079         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1080         {
1081             Move m = quietsSearched[i];
1082             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1083         }
1084
1085         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1086             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1087     }
1088
1089     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1090
1091     return bestValue;
1092   }
1093
1094
1095   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1096   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1097   // less than ONE_PLY).
1098
1099   template <NodeType NT, bool InCheck>
1100   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1101
1102     const bool PvNode = (NT == PV);
1103
1104     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1105     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1106     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1107     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1108     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1109
1110     StateInfo st;
1111     const TTEntry* tte;
1112     Key posKey;
1113     Move ttMove, move, bestMove;
1114     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1115     bool givesCheck, evasionPrunable;
1116     Depth ttDepth;
1117
1118     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1119     if (PvNode)
1120         oldAlpha = alpha;
1121
1122     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1123     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1124
1125     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1126     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1127         return DrawValue[pos.side_to_move()];
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
1135     // Transposition table lookup
1136     posKey = pos.key();
1137     tte = TT.probe(posKey);
1138     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1139     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1140
1141     if (   tte
1142         && tte->depth() >= ttDepth
1143         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1144         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1145             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1146                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1147     {
1148         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1149         return ttValue;
1150     }
1151
1152     // Evaluate the position statically
1153     if (InCheck)
1154     {
1155         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1156         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1157     }
1158     else
1159     {
1160         if (tte)
1161         {
1162             // Never assume anything on values stored in TT
1163             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1164                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1165
1166             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1167             if (ttValue != VALUE_NONE)
1168                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1169                     bestValue = ttValue;
1170         }
1171         else
1172             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1173
1174         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1175         if (bestValue >= beta)
1176         {
1177             if (!tte)
1178                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1179                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1180
1181             return bestValue;
1182         }
1183
1184         if (PvNode && bestValue > alpha)
1185             alpha = bestValue;
1186
1187         futilityBase = bestValue + Value(128);
1188     }
1189
1190     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1191     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1192     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1193     // be generated.
1194     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1195     CheckInfo ci(pos);
1196
1197     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1198     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1199     {
1200       assert(is_ok(move));
1201
1202       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1203
1204       // Futility pruning
1205       if (   !PvNode
1206           && !InCheck
1207           && !givesCheck
1208           &&  move != ttMove
1209           &&  type_of(move) != PROMOTION
1210           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1211           && !pos.passed_pawn_push(move))
1212       {
1213           futilityValue =  futilityBase
1214                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1215                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1216
1217           if (futilityValue < beta)
1218           {
1219               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1220               continue;
1221           }
1222
1223           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1224           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1225           if (   futilityBase < beta
1226               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1227           {
1228               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1229               continue;
1230           }
1231       }
1232
1233       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1234       evasionPrunable =    InCheck
1235                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1236                        && !pos.capture(move)
1237                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1238
1239       // Don't search moves with negative SEE values
1240       if (   !PvNode
1241           && (!InCheck || evasionPrunable)
1242           &&  move != ttMove
1243           &&  type_of(move) != PROMOTION
1244           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1245           continue;
1246
1247       // Check for legality only before to do the move
1248       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1249           continue;
1250
1251       ss->currentMove = move;
1252
1253       // Make and search the move
1254       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1255       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1256                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1257       pos.undo_move(move);
1258
1259       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1260
1261       // Check for new best move
1262       if (value > bestValue)
1263       {
1264           bestValue = value;
1265
1266           if (value > alpha)
1267           {
1268               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1269               {
1270                   alpha = value;
1271                   bestMove = move;
1272               }
1273               else // Fail high
1274               {
1275                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1276                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1277
1278                   return value;
1279               }
1280           }
1281        }
1282     }
1283
1284     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1285     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1286     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1287         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1288
1289     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1290              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1291              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1292
1293     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1294
1295     return bestValue;
1296   }
1297
1298
1299   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1300   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1301   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1302
1303   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1304
1305     assert(v != VALUE_NONE);
1306
1307     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1308           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1309   }
1310
1311
1312   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1313   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1314   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1315
1316   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1317
1318     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1319           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1320           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1321   }
1322
1323
1324   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1325   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1326   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1327   // from a null search that fails low).
1328
1329   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1330
1331     assert(is_ok(first));
1332     assert(is_ok(second));
1333     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1334     assert(type_of(first) == CASTLING || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1335
1336     Square m1from = from_sq(first);
1337     Square m2from = from_sq(second);
1338     Square m1to = to_sq(first);
1339     Square m2to = to_sq(second);
1340
1341     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1342     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1343     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1344     if (    m2to == m1from
1345         || (m1to == m2from && !aligned(m1from, m2from, m2to)))
1346         return true;
1347
1348     // Second one moves through the square vacated by first one
1349     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1350       return true;
1351
1352     // Second's destination is defended by the first move's piece
1353     Bitboard m1att = attacks_bb(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1354     if (m1att & m2to)
1355         return true;
1356
1357     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1358     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1359     {
1360         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1361         return true;
1362     }
1363
1364     return false;
1365   }
1366
1367
1368   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1369   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1370   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1371
1372   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1373
1374     assert(is_ok(first));
1375     assert(is_ok(second));
1376
1377     Square m1from = from_sq(first);
1378     Square m2from = from_sq(second);
1379     Square m1to = to_sq(first);
1380     Square m2to = to_sq(second);
1381
1382     // Don't prune moves of the threatened piece
1383     if (m1from == m2to)
1384         return true;
1385
1386     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1387     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1388     if (    pos.capture(second)
1389         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1390             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1391     {
1392         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1393         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1394         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1395
1396         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1397         if (attacks_bb(pc, m1to, occ) & m2to)
1398             return true;
1399
1400         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1401         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1402                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1403
1404         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1405         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1406             return true;
1407     }
1408
1409     // Don't prune safe moves which block the threat path
1410     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1411         return true;
1412
1413     return false;
1414   }
1415
1416
1417   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1418   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1419
1420   Move Skill::pick_move() {
1421
1422     static RKISS rk;
1423
1424     // PRNG sequence should be not deterministic
1425     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1426         rk.rand<unsigned>();
1427
1428     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1429     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1430     int weakness = 120 - 2 * level;
1431     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1432     best = MOVE_NONE;
1433
1434     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1435     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1436     // then we choose the move with the resulting highest score.
1437     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1438     {
1439         int s = RootMoves[i].score;
1440
1441         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1442         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1443             break;
1444
1445         // This is our magic formula
1446         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1447               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1448
1449         if (s > max_s)
1450         {
1451             max_s = s;
1452             best = RootMoves[i].pv[0];
1453         }
1454     }
1455     return best;
1456   }
1457
1458
1459   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1460   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1461   // the previous search score.
1462
1463   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1464
1465     std::stringstream s;
1466     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1467     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1468     int selDepth = 0;
1469
1470     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1471         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1472             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1473
1474     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1475     {
1476         bool updated = (i <= PVIdx);
1477
1478         if (depth == 1 && !updated)
1479             continue;
1480
1481         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1482         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1483
1484         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1485             s << "\n";
1486
1487         s << "info depth " << d
1488           << " seldepth "  << selDepth
1489           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1490           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1491           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1492           << " time "      << elapsed
1493           << " multipv "   << i + 1
1494           << " pv";
1495
1496         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1497             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1498     }
1499
1500     return s.str();
1501   }
1502
1503 } // namespace
1504
1505
1506 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1507 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1508 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1509 /// long PV to print that is important for position analysis.
1510
1511 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1512
1513   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1514   const TTEntry* tte;
1515   int ply = 0;
1516   Move m = pv[0];
1517
1518   pv.clear();
1519
1520   do {
1521       pv.push_back(m);
1522
1523       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1524
1525       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1526       tte = TT.probe(pos.key());
1527
1528   } while (   tte
1529            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1530            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1531            && ply < MAX_PLY
1532            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1533
1534   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1535
1536   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1537 }
1538
1539
1540 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1541 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1542 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1543
1544 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1545
1546   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1547   const TTEntry* tte;
1548   int ply = 0;
1549
1550   do {
1551       tte = TT.probe(pos.key());
1552
1553       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1554           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1555
1556       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1557
1558       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1559
1560   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1561
1562   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1563 }
1564
1565
1566 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1567
1568 void Thread::idle_loop() {
1569
1570   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1571   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1572   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1573
1574   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1575
1576   while (true)
1577   {
1578       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1579       // wasting CPU time polling for work.
1580       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1581       {
1582           if (exit)
1583           {
1584               assert(!this_sp);
1585               return;
1586           }
1587
1588           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1589           mutex.lock();
1590
1591           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1592           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1593           {
1594               mutex.unlock();
1595               break;
1596           }
1597
1598           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1599           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1600           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1601           // we had the chance to grab the lock.
1602           if (!searching && !exit)
1603               sleepCondition.wait(mutex);
1604
1605           mutex.unlock();
1606       }
1607
1608       // If this thread has been assigned work, launch a search
1609       if (searching)
1610       {
1611           assert(!exit);
1612
1613           Threads.mutex.lock();
1614
1615           assert(searching);
1616           assert(activeSplitPoint);
1617           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1618
1619           Threads.mutex.unlock();
1620
1621           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1622           Position pos(*sp->pos, this);
1623
1624           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1625           ss->splitPoint = sp;
1626
1627           sp->mutex.lock();
1628
1629           assert(activePosition == NULL);
1630
1631           activePosition = &pos;
1632
1633           switch (sp->nodeType) {
1634           case Root:
1635               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1636               break;
1637           case PV:
1638               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1639               break;
1640           case NonPV:
1641               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1642               break;
1643           default:
1644               assert(false);
1645           }
1646
1647           assert(searching);
1648
1649           searching = false;
1650           activePosition = NULL;
1651           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1652           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1653
1654           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1655           // in case we are the last slave of the split point.
1656           if (    Threads.sleepWhileIdle
1657               &&  this != sp->masterThread
1658               && !sp->slavesMask)
1659           {
1660               assert(!sp->masterThread->searching);
1661               sp->masterThread->notify_one();
1662           }
1663
1664           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1665           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1666           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1667           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1668           sp->mutex.unlock();
1669       }
1670
1671       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1672       // their work at this split point, return from the idle loop.
1673       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1674       {
1675           this_sp->mutex.lock();
1676           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1677           this_sp->mutex.unlock();
1678           if (finished)
1679               return;
1680       }
1681   }
1682 }
1683
1684
1685 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1686 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1687 /// available time and so stop the search.
1688
1689 void check_time() {
1690
1691   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1692   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1693
1694   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1695   {
1696       lastInfoTime = Time::now();
1697       dbg_print();
1698   }
1699
1700   if (Limits.ponder)
1701       return;
1702
1703   if (Limits.nodes)
1704   {
1705       Threads.mutex.lock();
1706
1707       nodes = RootPos.nodes_searched();
1708
1709       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1710       // all the currently active positions nodes.
1711       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1712           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1713           {
1714               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1715
1716               sp.mutex.lock();
1717
1718               nodes += sp.nodes;
1719               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1720               while (sm)
1721               {
1722                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1723                   if (pos)
1724                       nodes += pos->nodes_searched();
1725               }
1726
1727               sp.mutex.unlock();
1728           }
1729
1730       Threads.mutex.unlock();
1731   }
1732
1733   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1734   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1735                          && !Signals.failedLowAtRoot
1736                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1737
1738   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1739                    || stillAtFirstMove;
1740
1741   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1742       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1743       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1744       Signals.stop = true;
1745 }