]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Increase LMR when not improving
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141
142       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
143       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
144
145       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
146           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
147   }
148
149   // Init futility margins array
150   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
151       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
152
153   // Init futility move count array
154   for (d = 0; d < 32; d++)
155   {
156       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
157       FutilityMoveCounts[0][d] = d < 5 ? FutilityMoveCounts[1][d]
158                                        : 3 * FutilityMoveCounts[1][d] / 4;
159   }
160 }
161
162
163 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
164 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
165
166 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
167
168   StateInfo st;
169   size_t cnt = 0;
170   CheckInfo ci(pos);
171   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
172
173   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
174   {
175       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
176       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
177       pos.undo_move(*it);
178   }
179   return cnt;
180 }
181
182 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
183   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
184 }
185
186 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
187 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
188 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
189
190 void Search::think() {
191
192   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
193
194   RootColor = RootPos.side_to_move();
195   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
196
197   if (RootMoves.empty())
198   {
199       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
200       sync_cout << "info depth 0 score "
201                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
202                 << sync_endl;
203
204       goto finalize;
205   }
206
207   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
208   {
209       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
210
211       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
212       {
213           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
214           goto finalize;
215       }
216   }
217
218   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
219   {
220       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
221       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
222       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
223       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
224   }
225   else
226       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
227
228   if (Options["Write Search Log"])
229   {
230       Log log(Options["Search Log Filename"]);
231       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
232           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
233           << " ponder: "      << Limits.ponder
234           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
235           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
236           << " moves to go: " << Limits.movestogo
237           << std::endl;
238   }
239
240   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
241   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
242       Threads[i]->maxPly = 0;
243
244   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
245
246   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
247   // used to check for remaining available thinking time.
248   Threads.timer->msec =
249   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
250                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
251                                : 100;
252
253   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
254
255   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
256
257   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
258   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
259
260   if (Options["Write Search Log"])
261   {
262       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
263
264       Log log(Options["Search Log Filename"]);
265       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
266           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
267           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
268
269       StateInfo st;
270       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
271       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
272       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
273   }
274
275 finalize:
276
277   // When search is stopped this info is not printed
278   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
279             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
280
281   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
282   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
283   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
284   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
285   // raise Signals.stop).
286   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
287   {
288       Signals.stopOnPonderhit = true;
289       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
290   }
291
292   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
293   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
294             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
295             << sync_endl;
296 }
297
298
299 namespace {
300
301   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
302   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
303   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
304
305   void id_loop(Position& pos) {
306
307     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
308     int depth, prevBestMoveChanges;
309     Value bestValue, alpha, beta, delta;
310
311     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
312     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
313
314     depth = BestMoveChanges = 0;
315     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
316     beta = VALUE_INFINITE;
317
318     TT.new_search();
319     History.clear();
320     Gains.clear();
321     Countermoves.clear();
322
323     PVSize = Options["MultiPV"];
324     Skill skill(Options["Skill Level"]);
325
326     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
327     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
328     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
329         PVSize = 4;
330
331     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
332
333     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
334     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
335     {
336         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
337         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
338         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
339             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
340
341         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
342         BestMoveChanges = 0;
343
344         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
345         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
346         {
347             // Reset aspiration window starting size
348             if (depth >= 5)
349             {
350                 delta = Value(16);
351                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
352                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
353             }
354
355             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
356             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
357             while (true)
358             {
359                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
360
361                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
362                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
363                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
364                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
365                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
366                 // the already searched PV lines are preserved.
367                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
368
369                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
370                 // entries have been overwritten during the search.
371                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
372                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
373
374                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
375                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
376                 // valid, although refers to previous iteration.
377                 if (Signals.stop)
378                     return;
379
380                 // When failing high/low give some update (without cluttering
381                 // the UI) before to research.
382                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
383                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
384                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
385
386                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
387                 // research, otherwise exit the loop.
388                 if (bestValue <= alpha)
389                 {
390                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
391
392                     Signals.failedLowAtRoot = true;
393                     Signals.stopOnPonderhit = false;
394                 }
395                 else if (bestValue >= beta)
396                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
397
398                 else
399                     break;
400
401                 delta += delta / 2;
402
403                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404             }
405
406             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
410                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411         }
412
413         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
414         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
415             skill.pick_move();
416
417         if (Options["Write Search Log"])
418         {
419             RootMove& rm = RootMoves[0];
420             if (skill.best != MOVE_NONE)
421                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
422
423             Log log(Options["Search Log Filename"]);
424             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
425                 << std::endl;
426         }
427
428         // Do we have found a "mate in x"?
429         if (   Limits.mate
430             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
431             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
432             Signals.stop = true;
433
434         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
435         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
436         {
437             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
438
439             // Take in account some extra time if the best move has changed
440             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
441                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
442
443             // Stop search if most of available time is already consumed. We
444             // probably don't have enough time to search the first move at the
445             // next iteration anyway.
446             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
447                 stop = true;
448
449             // Stop search early if one move seems to be much better than others
450             if (    depth >= 12
451                 && !stop
452                 &&  PVSize == 1
453                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
454                 && (   RootMoves.size() == 1
455                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
456             {
457                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
458                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
459                 ss->skipNullMove = true;
460                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
461                 ss->skipNullMove = false;
462                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
463
464                 if (v < rBeta)
465                     stop = true;
466             }
467
468             if (stop)
469             {
470                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
471                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
472                 if (Limits.ponder)
473                     Signals.stopOnPonderhit = true;
474                 else
475                     Signals.stop = true;
476             }
477         }
478     }
479   }
480
481
482   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
483   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
484   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
485   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
486   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
487   // here: This is taken care of after we return from the split point.
488
489   template <NodeType NT>
490   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
491
492     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
493     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
494     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
495
496     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
497     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
498     assert(depth > DEPTH_ZERO);
499
500     Move quietsSearched[64];
501     StateInfo st;
502     const TTEntry *tte;
503     SplitPoint* splitPoint;
504     Key posKey;
505     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
506     Depth ext, newDepth;
507     Value bestValue, value, ttValue;
508     Value eval, nullValue, futilityValue;
509     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
510     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
511     int moveCount, quietCount;
512
513     // Step 1. Initialize node
514     Thread* thisThread = pos.this_thread();
515     inCheck = pos.checkers();
516
517     if (SpNode)
518     {
519         splitPoint = ss->splitPoint;
520         bestMove   = splitPoint->bestMove;
521         threatMove = splitPoint->threatMove;
522         bestValue  = splitPoint->bestValue;
523         tte = NULL;
524         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
525         ttValue = VALUE_NONE;
526
527         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
528
529         goto moves_loop;
530     }
531
532     moveCount = quietCount = 0;
533     bestValue = -VALUE_INFINITE;
534     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
535     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
536     ss->futilityMoveCount = 0;
537     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
538     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
539
540     // Used to send selDepth info to GUI
541     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
542         thisThread->maxPly = ss->ply;
543
544     if (!RootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
548             return DrawValue[pos.side_to_move()];
549
550         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
551         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
552         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
553         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
554         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
555         // in this case return a fail-high score.
556         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
557         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
558         if (alpha >= beta)
559             return alpha;
560     }
561
562     // Step 4. Transposition table lookup
563     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
564     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
565     excludedMove = ss->excludedMove;
566     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
567     tte = TT.probe(posKey);
568     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
569     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
570
571     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
572     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
573     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
574     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
575     if (   !RootNode
576         && tte
577         && tte->depth() >= depth
578         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
579         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
580             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
581                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
582     {
583         TT.refresh(tte);
584         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
585
586         if (    ttValue >= beta
587             &&  ttMove
588             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
589             &&  ttMove != ss->killers[0])
590         {
591             ss->killers[1] = ss->killers[0];
592             ss->killers[0] = ttMove;
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
598     if (inCheck)
599     {
600         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
601         goto moves_loop;
602     }
603
604     else if (tte)
605     {
606         // Never assume anything on values stored in TT
607         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
608             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
609             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
610
611         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
612         if (ttValue != VALUE_NONE)
613             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
614                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
615                 eval = ttValue;
616     }
617     else
618     {
619         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
620         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
621                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
622     }
623
624     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
625     // evaluation before and after the move.
626     if (   !pos.captured_piece_type()
627         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
628         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
629         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
630         &&  type_of(move) == NORMAL)
631     {
632         Square to = to_sq(move);
633         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
634     }
635
636     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
637     if (   !PvNode
638         &&  depth < 4 * ONE_PLY
639         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
640         &&  ttMove == MOVE_NONE
641         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
642         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
643     {
644         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
645         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
646         if (v < rbeta)
647             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
648             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
649             return v;
650     }
651
652     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
653     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
654     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
655     if (   !PvNode
656         && !ss->skipNullMove
657         &&  depth < 4 * ONE_PLY
658         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
660         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
661         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
662         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
663
664     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
665     if (   !PvNode
666         && !ss->skipNullMove
667         &&  depth > ONE_PLY
668         &&  eval >= beta
669         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
670         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
671     {
672         ss->currentMove = MOVE_NULL;
673
674         // Null move dynamic reduction based on depth
675         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
676
677         // Null move dynamic reduction based on value
678         if (eval - PawnValueMg > beta)
679             R += ONE_PLY;
680
681         pos.do_null_move(st);
682         (ss+1)->skipNullMove = true;
683         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
684                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
685         (ss+1)->skipNullMove = false;
686         pos.undo_null_move();
687
688         if (nullValue >= beta)
689         {
690             // Do not return unproven mate scores
691             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
692                 nullValue = beta;
693
694             if (depth < 12 * ONE_PLY)
695                 return nullValue;
696
697             // Do verification search at high depths
698             ss->skipNullMove = true;
699             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
700             ss->skipNullMove = false;
701
702             if (v >= beta)
703                 return nullValue;
704         }
705         else
706         {
707             // The null move failed low, which means that we may be faced with
708             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
709             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
710             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
711             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
712             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
713             threatMove = (ss+1)->currentMove;
714
715             if (   depth < 5 * ONE_PLY
716                 && (ss-1)->reduction
717                 && threatMove != MOVE_NONE
718                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
719                 return alpha;
720         }
721     }
722
723     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
724     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
725     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
726     // prune the previous move.
727     if (   !PvNode
728         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
729         && !ss->skipNullMove
730         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
731     {
732         Value rbeta = beta + 200;
733         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
734
735         assert(rdepth >= ONE_PLY);
736         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
738
739         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
740         CheckInfo ci(pos);
741
742         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
743             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
744             {
745                 ss->currentMove = move;
746                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
747                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
748                 pos.undo_move(move);
749                 if (value >= rbeta)
750                     return value;
751             }
752     }
753
754     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
755     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
756         && ttMove == MOVE_NONE
757         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
758     {
759         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
760
761         ss->skipNullMove = true;
762         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
763         ss->skipNullMove = false;
764
765         tte = TT.probe(posKey);
766         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
767     }
768
769 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
770
771     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
772     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
773                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
774
775     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
776     CheckInfo ci(pos);
777     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
778     improving = ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval;
779     singularExtensionNode =   !RootNode
780                            && !SpNode
781                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
782                            &&  ttMove != MOVE_NONE
783                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
784                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
785                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
786
787     // Step 11. Loop through moves
788     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
789     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
790     {
791       assert(is_ok(move));
792
793       if (move == excludedMove)
794           continue;
795
796       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
797       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
798       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
799       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
800           continue;
801
802       if (SpNode)
803       {
804           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
805           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
806               continue;
807
808           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
809           splitPoint->mutex.unlock();
810       }
811       else
812           moveCount++;
813
814       if (RootNode)
815       {
816           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
817
818           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
819               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
820                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
821                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
822       }
823
824       ext = DEPTH_ZERO;
825       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
826       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
827       dangerous =   givesCheck
828                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
829                  || type_of(move) == CASTLE;
830
831       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
832       if (PvNode && dangerous)
833           ext = ONE_PLY;
834
835       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
836           ext = ONE_PLY / 2;
837
838       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
839       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
840       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
841       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
842       // a margin then we extend ttMove.
843       if (    singularExtensionNode
844           &&  move == ttMove
845           && !ext
846           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
847           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
848       {
849           assert(ttValue != VALUE_NONE);
850
851           Value rBeta = ttValue - int(depth);
852           ss->excludedMove = move;
853           ss->skipNullMove = true;
854           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
855           ss->skipNullMove = false;
856           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
857
858           if (value < rBeta)
859               ext = ONE_PLY;
860       }
861
862       // Update current move (this must be done after singular extension search)
863       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
864
865       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
866       if (   !PvNode
867           && !captureOrPromotion
868           && !inCheck
869           && !dangerous
870        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
871           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
872       {
873           // Move count based pruning
874           if (   depth < 16 * ONE_PLY
875               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
876               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
877           {
878               if (SpNode)
879                   splitPoint->mutex.lock();
880
881               continue;
882           }
883
884           // Value based pruning
885           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
886           // but fixing this made program slightly weaker.
887           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
888           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
889                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
890
891           if (futilityValue < beta)
892           {
893               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
894
895               if (SpNode)
896               {
897                   splitPoint->mutex.lock();
898                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
899                       splitPoint->bestValue = bestValue;
900               }
901               continue;
902           }
903
904           // Prune moves with negative SEE at low depths
905           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
906               && pos.see_sign(move) < 0)
907           {
908               if (SpNode)
909                   splitPoint->mutex.lock();
910
911               continue;
912           }
913
914           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
915           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
916           ss->futilityMoveCount = moveCount;
917       }
918       else
919           ss->futilityMoveCount = 0;
920
921       // Check for legality only before to do the move
922       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
923       {
924           moveCount--;
925           continue;
926       }
927
928       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
929       ss->currentMove = move;
930       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
931           quietsSearched[quietCount++] = move;
932
933       // Step 14. Make the move
934       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
935
936       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
937       // re-searched at full depth.
938       if (    depth > 3 * ONE_PLY
939           && !pvMove
940           && !captureOrPromotion
941           && !dangerous
942           &&  move != ttMove
943           &&  move != ss->killers[0]
944           &&  move != ss->killers[1])
945       {
946           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
947
948           if (!PvNode && cutNode)
949               ss->reduction += ONE_PLY;
950
951           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
952               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
953
954           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
955           if (SpNode)
956               alpha = splitPoint->alpha;
957
958           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
959
960           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
961           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
962       }
963       else
964           doFullDepthSearch = !pvMove;
965
966       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
967       if (doFullDepthSearch)
968       {
969           if (SpNode)
970               alpha = splitPoint->alpha;
971
972           value = newDepth < ONE_PLY ?
973                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
976       }
977
978       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
979       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
980       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
981       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
982           value = newDepth < ONE_PLY ?
983                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
984                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
985                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
986       // Step 17. Undo move
987       pos.undo_move(move);
988
989       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
990
991       // Step 18. Check for new best move
992       if (SpNode)
993       {
994           splitPoint->mutex.lock();
995           bestValue = splitPoint->bestValue;
996           alpha = splitPoint->alpha;
997       }
998
999       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1000       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1001       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1002       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1003       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1004           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1005
1006       if (RootNode)
1007       {
1008           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move ?
1011           if (pvMove || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1015
1016               // We record how often the best move has been changed in each
1017               // iteration. This information is used for time management: When
1018               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1019               if (!pvMove)
1020                   BestMoveChanges++;
1021           }
1022           else
1023               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1024               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1025               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1026               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1027       }
1028
1029       if (value > bestValue)
1030       {
1031           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1032
1033           if (value > alpha)
1034           {
1035               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1036
1037               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1038                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1039               else
1040               {
1041                   assert(value >= beta); // Fail high
1042
1043                   if (SpNode)
1044                       splitPoint->cutoff = true;
1045
1046                   break;
1047               }
1048           }
1049       }
1050
1051       // Step 19. Check for splitting the search
1052       if (   !SpNode
1053           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1054           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1055           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1056       {
1057           assert(bestValue < beta);
1058
1059           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1060                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1061           if (bestValue >= beta)
1062               break;
1063       }
1064     }
1065
1066     if (SpNode)
1067         return bestValue;
1068
1069     // Step 20. Check for mate and stalemate
1070     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1071     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1072     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1073     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1074     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1075     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1076     if (!moveCount)
1077         return  excludedMove ? alpha
1078               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1079
1080     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1081     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1082         bestValue = alpha;
1083
1084     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1085              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1086              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1087              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1088
1089     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1090     if (    bestValue >= beta
1091         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1092         && !inCheck)
1093     {
1094         if (ss->killers[0] != bestMove)
1095         {
1096             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1097             ss->killers[0] = bestMove;
1098         }
1099
1100         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1101         // played non-capture moves.
1102         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1103         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1104         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1105         {
1106             Move m = quietsSearched[i];
1107             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1108         }
1109
1110         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1111             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1112     }
1113
1114     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1115
1116     return bestValue;
1117   }
1118
1119
1120   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1121   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1122   // less than ONE_PLY).
1123
1124   template <NodeType NT, bool InCheck>
1125   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1126
1127     const bool PvNode = (NT == PV);
1128
1129     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1130     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1131     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1132     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1133     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1134
1135     StateInfo st;
1136     const TTEntry* tte;
1137     Key posKey;
1138     Move ttMove, move, bestMove;
1139     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1140     bool givesCheck, evasionPrunable;
1141     Depth ttDepth;
1142
1143     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1144     if (PvNode)
1145         oldAlpha = alpha;
1146
1147     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1148     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1149
1150     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1151     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1152         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1153
1154     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1155     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1156     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1157     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1158                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1159
1160     // Transposition table lookup
1161     posKey = pos.key();
1162     tte = TT.probe(posKey);
1163     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1164     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1165
1166     if (   tte
1167         && tte->depth() >= ttDepth
1168         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1169         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1170             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1171                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1172     {
1173         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1174         return ttValue;
1175     }
1176
1177     // Evaluate the position statically
1178     if (InCheck)
1179     {
1180         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1181         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1182     }
1183     else
1184     {
1185         if (tte)
1186         {
1187             // Never assume anything on values stored in TT
1188             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1189                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1190                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1191         }
1192         else
1193             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1194
1195         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1196         if (bestValue >= beta)
1197         {
1198             if (!tte)
1199                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1200                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1201
1202             return bestValue;
1203         }
1204
1205         if (PvNode && bestValue > alpha)
1206             alpha = bestValue;
1207
1208         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1209     }
1210
1211     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1212     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1213     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1214     // be generated.
1215     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1216     CheckInfo ci(pos);
1217
1218     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1219     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1220     {
1221       assert(is_ok(move));
1222
1223       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1224
1225       // Futility pruning
1226       if (   !PvNode
1227           && !InCheck
1228           && !givesCheck
1229           &&  move != ttMove
1230           &&  type_of(move) != PROMOTION
1231           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1232       {
1233           futilityValue =  futilityBase
1234                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1235                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1236
1237           if (futilityValue < beta)
1238           {
1239               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1240               continue;
1241           }
1242
1243           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1244           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1245           if (   futilityBase < beta
1246               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1247           {
1248               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1249               continue;
1250           }
1251       }
1252
1253       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1254       evasionPrunable =    InCheck
1255                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1256                        && !pos.is_capture(move)
1257                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1258
1259       // Don't search moves with negative SEE values
1260       if (   !PvNode
1261           && (!InCheck || evasionPrunable)
1262           &&  move != ttMove
1263           &&  type_of(move) != PROMOTION
1264           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1265           continue;
1266
1267       // Don't search useless checks
1268       if (   !PvNode
1269           && !InCheck
1270           &&  givesCheck
1271           &&  move != ttMove
1272           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1273           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1274           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1275           continue;
1276
1277       // Check for legality only before to do the move
1278       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1279           continue;
1280
1281       ss->currentMove = move;
1282
1283       // Make and search the move
1284       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1285       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1286                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1287       pos.undo_move(move);
1288
1289       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1290
1291       // Check for new best move
1292       if (value > bestValue)
1293       {
1294           bestValue = value;
1295
1296           if (value > alpha)
1297           {
1298               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1299               {
1300                   alpha = value;
1301                   bestMove = move;
1302               }
1303               else // Fail high
1304               {
1305                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1306                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1307
1308                   return value;
1309               }
1310           }
1311        }
1312     }
1313
1314     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1315     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1316     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1317         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1318
1319     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1320              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1321              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1322
1323     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1324
1325     return bestValue;
1326   }
1327
1328
1329   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1330   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1331   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1332
1333   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1334
1335     assert(v != VALUE_NONE);
1336
1337     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1338           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1339   }
1340
1341
1342   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1343   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1344   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1345
1346   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1347
1348     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1349           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1350           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1351   }
1352
1353
1354   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1355
1356   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1357   {
1358     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1359     Square from = from_sq(move);
1360     Square to = to_sq(move);
1361     Color them = ~pos.side_to_move();
1362     Square ksq = pos.king_square(them);
1363     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1364     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1365     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1366     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1367     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1368
1369     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1370     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1371         return true;
1372
1373     // Queen contact check is very dangerous
1374     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1375         return true;
1376
1377     // Creating new double threats with checks is dangerous
1378     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1379     while (b)
1380     {
1381         // Note that here we generate illegal "double move"!
1382         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1383             return true;
1384     }
1385
1386     return false;
1387   }
1388
1389
1390   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1391   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1392   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1393   // from a null search that fails low).
1394
1395   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1396
1397     assert(is_ok(first));
1398     assert(is_ok(second));
1399     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1400     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1401
1402     Square m1from = from_sq(first);
1403     Square m2from = from_sq(second);
1404     Square m1to = to_sq(first);
1405     Square m2to = to_sq(second);
1406
1407     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1408     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1409         return true;
1410
1411     // Second one moves through the square vacated by first one
1412     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1413       return true;
1414
1415     // Second's destination is defended by the first move's piece
1416     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1417     if (m1att & m2to)
1418         return true;
1419
1420     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1421     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1422     {
1423         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1424         return true;
1425     }
1426
1427     return false;
1428   }
1429
1430
1431   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1432   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1433   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1434
1435   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1436
1437     assert(is_ok(first));
1438     assert(is_ok(second));
1439
1440     Square m1from = from_sq(first);
1441     Square m2from = from_sq(second);
1442     Square m1to = to_sq(first);
1443     Square m2to = to_sq(second);
1444
1445     // Don't prune moves of the threatened piece
1446     if (m1from == m2to)
1447         return true;
1448
1449     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1450     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1451     if (    pos.is_capture(second)
1452         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1453             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1454     {
1455         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1456         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1457         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1458
1459         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1460         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1461             return true;
1462
1463         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1464         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1465                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1466
1467         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1468         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1469             return true;
1470     }
1471
1472     // Don't prune safe moves which block the threat path
1473     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1474         return true;
1475
1476     return false;
1477   }
1478
1479
1480   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1481   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1482
1483   Move Skill::pick_move() {
1484
1485     static RKISS rk;
1486
1487     // PRNG sequence should be not deterministic
1488     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1489         rk.rand<unsigned>();
1490
1491     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1492     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1493     int weakness = 120 - 2 * level;
1494     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1495     best = MOVE_NONE;
1496
1497     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1498     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1499     // then we choose the move with the resulting highest score.
1500     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1501     {
1502         int s = RootMoves[i].score;
1503
1504         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1505         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1506             break;
1507
1508         // This is our magic formula
1509         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1510               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1511
1512         if (s > max_s)
1513         {
1514             max_s = s;
1515             best = RootMoves[i].pv[0];
1516         }
1517     }
1518     return best;
1519   }
1520
1521
1522   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1523   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1524   // the previous search score.
1525
1526   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1527
1528     std::stringstream s;
1529     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1530     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1531     int selDepth = 0;
1532
1533     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1534         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1535             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1536
1537     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1538     {
1539         bool updated = (i <= PVIdx);
1540
1541         if (depth == 1 && !updated)
1542             continue;
1543
1544         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1545         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1546
1547         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1548             s << "\n";
1549
1550         s << "info depth " << d
1551           << " seldepth "  << selDepth
1552           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1553           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1554           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1555           << " time "      << elapsed
1556           << " multipv "   << i + 1
1557           << " pv";
1558
1559         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1560             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1561     }
1562
1563     return s.str();
1564   }
1565
1566 } // namespace
1567
1568
1569 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1570 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1571 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1572 /// long PV to print that is important for position analysis.
1573
1574 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1575
1576   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1577   const TTEntry* tte;
1578   int ply = 0;
1579   Move m = pv[0];
1580
1581   pv.clear();
1582
1583   do {
1584       pv.push_back(m);
1585
1586       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1587
1588       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1589       tte = TT.probe(pos.key());
1590
1591   } while (   tte
1592            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1593            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1594            && ply < MAX_PLY
1595            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1596
1597   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1598
1599   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1600 }
1601
1602
1603 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1604 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1605 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1606
1607 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1608
1609   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1610   const TTEntry* tte;
1611   int ply = 0;
1612
1613   do {
1614       tte = TT.probe(pos.key());
1615
1616       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1617           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1618
1619       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1620
1621       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1622
1623   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1624
1625   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1626 }
1627
1628
1629 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1630
1631 void Thread::idle_loop() {
1632
1633   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1634   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1635   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1636
1637   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1638
1639   while (true)
1640   {
1641       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1642       // wasting CPU time polling for work.
1643       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1644       {
1645           if (exit)
1646           {
1647               assert(!this_sp);
1648               return;
1649           }
1650
1651           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1652           mutex.lock();
1653
1654           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1655           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1656           {
1657               mutex.unlock();
1658               break;
1659           }
1660
1661           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1662           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1663           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1664           // we had the chance to grab the lock.
1665           if (!searching && !exit)
1666               sleepCondition.wait(mutex);
1667
1668           mutex.unlock();
1669       }
1670
1671       // If this thread has been assigned work, launch a search
1672       if (searching)
1673       {
1674           assert(!exit);
1675
1676           Threads.mutex.lock();
1677
1678           assert(searching);
1679           assert(activeSplitPoint);
1680           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1681
1682           Threads.mutex.unlock();
1683
1684           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1685           Position pos(*sp->pos, this);
1686
1687           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1688           ss->splitPoint = sp;
1689
1690           sp->mutex.lock();
1691
1692           assert(activePosition == NULL);
1693
1694           activePosition = &pos;
1695
1696           switch (sp->nodeType) {
1697           case Root:
1698               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1699               break;
1700           case PV:
1701               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1702               break;
1703           case NonPV:
1704               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1705               break;
1706           default:
1707               assert(false);
1708           }
1709
1710           assert(searching);
1711
1712           searching = false;
1713           activePosition = NULL;
1714           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1715           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1716
1717           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1718           // in case we are the last slave of the split point.
1719           if (    Threads.sleepWhileIdle
1720               &&  this != sp->masterThread
1721               && !sp->slavesMask)
1722           {
1723               assert(!sp->masterThread->searching);
1724               sp->masterThread->notify_one();
1725           }
1726
1727           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1728           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1729           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1730           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1731           sp->mutex.unlock();
1732       }
1733
1734       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1735       // their work at this split point, return from the idle loop.
1736       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1737       {
1738           this_sp->mutex.lock();
1739           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1740           this_sp->mutex.unlock();
1741           if (finished)
1742               return;
1743       }
1744   }
1745 }
1746
1747
1748 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1749 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1750 /// available time and so stop the search.
1751
1752 void check_time() {
1753
1754   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1755   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1756
1757   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1758   {
1759       lastInfoTime = Time::now();
1760       dbg_print();
1761   }
1762
1763   if (Limits.ponder)
1764       return;
1765
1766   if (Limits.nodes)
1767   {
1768       Threads.mutex.lock();
1769
1770       nodes = RootPos.nodes_searched();
1771
1772       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1773       // all the currently active positions nodes.
1774       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1775           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1776           {
1777               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1778
1779               sp.mutex.lock();
1780
1781               nodes += sp.nodes;
1782               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1783               while (sm)
1784               {
1785                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1786                   if (pos)
1787                       nodes += pos->nodes_searched();
1788               }
1789
1790               sp.mutex.unlock();
1791           }
1792
1793       Threads.mutex.unlock();
1794   }
1795
1796   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1797   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1798                          && !Signals.failedLowAtRoot
1799                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1800
1801   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1802                    || stillAtFirstMove;
1803
1804   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1805       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1806       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1807       Signals.stop = true;
1808 }