c0a982363403ccae483d2fc5a00796e2323a06f6
[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   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
67   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
68
69   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
70
71     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
72                            : 2 * VALUE_INFINITE;
73   }
74
75   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
76   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79
80     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
81   }
82
83   size_t PVSize, PVIdx;
84   TimeManager TimeMgr;
85   double BestMoveChanges;
86   Value DrawValue[COLOR_NB];
87   HistoryStats History;
88   GainsStats Gains;
89   CountermovesStats Countermoves;
90
91   template <NodeType NT>
92   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
93
94   template <NodeType NT, bool InCheck>
95   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
96
97   void id_loop(Position& pos);
98   Value value_to_tt(Value v, int ply);
99   Value value_from_tt(Value v, int ply);
100   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
101   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
102   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
103
104   struct Skill {
105     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
106    ~Skill() {
107       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
108           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
109                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
110     }
111
112     bool enabled() const { return level < 20; }
113     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
114     Move pick_move();
115
116     int level;
117     Move best;
118   };
119
120 } // namespace
121
122
123 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
124
125 void Search::init() {
126
127   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
128   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
129   int mc; // moveCount
130
131   // Init reductions array
132   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
133   {
134       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
135       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
136       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
137       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
138
139       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
140       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
141
142       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
143           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
144
145       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
146           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
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(2.9 * log(double(d))) - 8 * mc + 45);
152
153   // Init futility move count array
154   for (d = 0; d < 32; ++d)
155   {
156       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
157       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
158   }
159 }
160
161
162 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
163 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
164
165 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
166
167   StateInfo st;
168   size_t cnt = 0;
169   CheckInfo ci(pos);
170   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
171
172   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
173   {
174       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
175       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
176       pos.undo_move(*it);
177   }
178   return cnt;
179 }
180
181 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
182   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
183 }
184
185 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
186 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
187 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
188
189 void Search::think() {
190
191   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
192
193   RootColor = RootPos.side_to_move();
194   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
195
196   if (RootMoves.empty())
197   {
198       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
199       sync_cout << "info depth 0 score "
200                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
201                 << sync_endl;
202
203       goto finalize;
204   }
205
206   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
207   {
208       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
209
210       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
211       {
212           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
213           goto finalize;
214       }
215   }
216
217   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
218   {
219       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
220       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
221       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
222       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
223   }
224   else
225       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
226
227   if (Options["Write Search Log"])
228   {
229       Log log(Options["Search Log Filename"]);
230       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
231           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
232           << " ponder: "      << Limits.ponder
233           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
234           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
235           << " moves to go: " << Limits.movestogo
236           << std::endl;
237   }
238
239   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
240   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
241       Threads[i]->maxPly = 0;
242
243   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
244   Threads.timer->run = true;
245   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
246
247   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
248
249   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
250   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
251
252   if (Options["Write Search Log"])
253   {
254       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
255
256       Log log(Options["Search Log Filename"]);
257       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
258           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
259           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
260
261       StateInfo st;
262       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
263       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
264       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
265   }
266
267 finalize:
268
269   // When search is stopped this info is not printed
270   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
271             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
272
273   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
274   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
275   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
276   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
277   // raise Signals.stop).
278   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
279   {
280       Signals.stopOnPonderhit = true;
281       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
282   }
283
284   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
285   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
286             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
287             << sync_endl;
288 }
289
290
291 namespace {
292
293   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
294   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
295   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
296
297   void id_loop(Position& pos) {
298
299     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
300     int depth;
301     Value bestValue, alpha, beta, delta;
302
303     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
304     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
305
306     depth = 0;
307     BestMoveChanges = 0;
308     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
309     beta = VALUE_INFINITE;
310
311     TT.new_search();
312     History.clear();
313     Gains.clear();
314     Countermoves.clear();
315
316     PVSize = Options["MultiPV"];
317     Skill skill(Options["Skill Level"]);
318
319     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
320     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
321     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
322         PVSize = 4;
323
324     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
325
326     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
327     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
328     {
329         // Age out PV variability metric
330         BestMoveChanges *= 0.8;
331
332         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
333         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
334         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
335             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
336
337         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
338         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; ++PVIdx)
339         {
340             // Reset aspiration window starting size
341             if (depth >= 5)
342             {
343                 delta = Value(16);
344                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
345                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
346             }
347
348             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
349             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
350             while (true)
351             {
352                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
353
354                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
355                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
356                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
357                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
358                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
359                 // the already searched PV lines are preserved.
360                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
361
362                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
363                 // entries have been overwritten during the search.
364                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
365                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
366
367                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
368                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
369                 // valid, although refers to previous iteration.
370                 if (Signals.stop)
371                     return;
372
373                 // When failing high/low give some update (without cluttering
374                 // the UI) before to research.
375                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
376                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
377                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378
379                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
380                 // research, otherwise exit the loop.
381                 if (bestValue <= alpha)
382                 {
383                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
384
385                     Signals.failedLowAtRoot = true;
386                     Signals.stopOnPonderhit = false;
387                 }
388                 else if (bestValue >= beta)
389                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
390
391                 else
392                     break;
393
394                 delta += delta / 2;
395
396                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
397             }
398
399             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
400             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
401
402             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
403                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
404         }
405
406         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
407         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
408             skill.pick_move();
409
410         if (Options["Write Search Log"])
411         {
412             RootMove& rm = RootMoves[0];
413             if (skill.best != MOVE_NONE)
414                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
415
416             Log log(Options["Search Log Filename"]);
417             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
418                 << std::endl;
419         }
420
421         // Do we have found a "mate in x"?
422         if (   Limits.mate
423             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
424             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
425             Signals.stop = true;
426
427         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
428         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
429         {
430             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
431
432             // Take in account some extra time if the best move has changed
433             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
434                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
435
436             // Stop search if most of available time is already consumed. We
437             // probably don't have enough time to search the first move at the
438             // next iteration anyway.
439             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
440                 stop = true;
441
442             // Stop search early if one move seems to be much better than others
443             if (    depth >= 12
444                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
445                 && !stop
446                 &&  PVSize == 1
447                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
448                 && (   RootMoves.size() == 1
449                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
450             {
451                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
452                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
453                 ss->skipNullMove = true;
454                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
455                 ss->skipNullMove = false;
456                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
457
458                 if (v < rBeta)
459                     stop = true;
460             }
461
462             if (stop)
463             {
464                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
465                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
466                 if (Limits.ponder)
467                     Signals.stopOnPonderhit = true;
468                 else
469                     Signals.stop = true;
470             }
471         }
472     }
473   }
474
475
476   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
477   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
478   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
479   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
480   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
481   // here: This is taken care of after we return from the split point.
482
483   template <NodeType NT>
484   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
485
486     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
487     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
488     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
489
490     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
491     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
492     assert(depth > DEPTH_ZERO);
493
494     Move quietsSearched[64];
495     StateInfo st;
496     const TTEntry *tte;
497     SplitPoint* splitPoint;
498     Key posKey;
499     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
500     Depth ext, newDepth;
501     Value bestValue, value, ttValue;
502     Value eval, nullValue, futilityValue;
503     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
504     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
505     int moveCount, quietCount;
506
507     // Step 1. Initialize node
508     Thread* thisThread = pos.this_thread();
509     inCheck = pos.checkers();
510
511     if (SpNode)
512     {
513         splitPoint = ss->splitPoint;
514         bestMove   = splitPoint->bestMove;
515         threatMove = splitPoint->threatMove;
516         bestValue  = splitPoint->bestValue;
517         tte = NULL;
518         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
519         ttValue = VALUE_NONE;
520
521         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
522
523         goto moves_loop;
524     }
525
526     moveCount = quietCount = 0;
527     bestValue = -VALUE_INFINITE;
528     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
529     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
530     ss->futilityMoveCount = 0;
531     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
532     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
533
534     // Used to send selDepth info to GUI
535     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
536         thisThread->maxPly = ss->ply;
537
538     if (!RootNode)
539     {
540         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
541         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
542             return DrawValue[pos.side_to_move()];
543
544         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
545         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
546         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
547         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
548         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
549         // in this case return a fail-high score.
550         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
551         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
552         if (alpha >= beta)
553             return alpha;
554     }
555
556     // Step 4. Transposition table lookup
557     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
558     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
559     excludedMove = ss->excludedMove;
560     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
561     tte = TT.probe(posKey);
562     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
563     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
564
565     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
566     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
567     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
568     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
569     if (   !RootNode
570         && tte
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
573         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
574             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
575                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
576     {
577         TT.refresh(tte);
578         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
579
580         if (    ttValue >= beta
581             &&  ttMove
582             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
583             &&  ttMove != ss->killers[0])
584         {
585             ss->killers[1] = ss->killers[0];
586             ss->killers[0] = ttMove;
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
592     if (inCheck)
593     {
594         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
595         goto moves_loop;
596     }
597
598     else if (tte)
599     {
600         // Never assume anything on values stored in TT
601         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
602             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
603             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
604
605         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
606         if (ttValue != VALUE_NONE)
607             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
608                 eval = ttValue;
609     }
610     else
611     {
612         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
613         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
614                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
615     }
616
617     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
618     // evaluation before and after the move.
619     if (   !pos.captured_piece_type()
620         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
621         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
622         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
623         &&  type_of(move) == NORMAL)
624     {
625         Square to = to_sq(move);
626         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
627     }
628
629     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
630     if (   !PvNode
631         &&  depth < 4 * ONE_PLY
632         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
633         &&  ttMove == MOVE_NONE
634         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
635         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
636     {
637         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
638         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
639         if (v < rbeta)
640             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
641             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
642             return v;
643     }
644
645     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
646     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
647     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
648     if (   !PvNode
649         && !ss->skipNullMove
650         &&  depth < 4 * ONE_PLY
651         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
652         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
653         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
654         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
655         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
656
657     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
658     if (   !PvNode
659         && !ss->skipNullMove
660         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
661         &&  eval >= beta
662         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
663         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
664     {
665         ss->currentMove = MOVE_NULL;
666
667         // Null move dynamic reduction based on depth
668         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
669
670         // Null move dynamic reduction based on value
671         if (eval - PawnValueMg > beta)
672             R += ONE_PLY;
673
674         pos.do_null_move(st);
675         (ss+1)->skipNullMove = true;
676         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
677                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
678         (ss+1)->skipNullMove = false;
679         pos.undo_null_move();
680
681         if (nullValue >= beta)
682         {
683             // Do not return unproven mate scores
684             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
685                 nullValue = beta;
686
687             if (depth < 12 * ONE_PLY)
688                 return nullValue;
689
690             // Do verification search at high depths
691             ss->skipNullMove = true;
692             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
693             ss->skipNullMove = false;
694
695             if (v >= beta)
696                 return nullValue;
697         }
698         else
699         {
700             // The null move failed low, which means that we may be faced with
701             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
702             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
703             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
704             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
705             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
706             threatMove = (ss+1)->currentMove;
707
708             if (   depth < 5 * ONE_PLY
709                 && (ss-1)->reduction
710                 && threatMove != MOVE_NONE
711                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
712                 return alpha;
713         }
714     }
715
716     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
717     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
718     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
719     // prune the previous move.
720     if (   !PvNode
721         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
722         && !ss->skipNullMove
723         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
724     {
725         Value rbeta = beta + 200;
726         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
727
728         assert(rdepth >= ONE_PLY);
729         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
730         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
731
732         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
733         CheckInfo ci(pos);
734
735         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
736             if (pos.legal(move, ci.pinned))
737             {
738                 ss->currentMove = move;
739                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
740                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
741                 pos.undo_move(move);
742                 if (value >= rbeta)
743                     return value;
744             }
745     }
746
747     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
748     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
749         && ttMove == MOVE_NONE
750         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
751     {
752         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
753
754         ss->skipNullMove = true;
755         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
756         ss->skipNullMove = false;
757
758         tte = TT.probe(posKey);
759         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
760     }
761
762 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
763
764     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
765     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
766                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
767
768     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
769     CheckInfo ci(pos);
770     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
771     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
772                || ss->staticEval == VALUE_NONE
773                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
774
775     singularExtensionNode =   !RootNode
776                            && !SpNode
777                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
778                            &&  ttMove != MOVE_NONE
779                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
780                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
781                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
782
783     // Step 11. Loop through moves
784     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
785     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
786     {
787       assert(is_ok(move));
788
789       if (move == excludedMove)
790           continue;
791
792       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
793       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
794       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
795       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
796           continue;
797
798       if (SpNode)
799       {
800           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
801           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
802               continue;
803
804           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
805           splitPoint->mutex.unlock();
806       }
807       else
808           ++moveCount;
809
810       if (RootNode)
811       {
812           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
813
814           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
815               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
816                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
817                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
818       }
819
820       ext = DEPTH_ZERO;
821       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
822       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
823       dangerous =   givesCheck
824                  || pos.passed_pawn_push(move)
825                  || type_of(move) == CASTLE;
826
827       // Step 12. Extend checks
828       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
829           ext = ONE_PLY;
830
831       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
832       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
833       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
834       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
835       // a margin then we extend ttMove.
836       if (    singularExtensionNode
837           &&  move == ttMove
838           && !ext
839           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
840           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
841       {
842           assert(ttValue != VALUE_NONE);
843
844           Value rBeta = ttValue - int(depth);
845           ss->excludedMove = move;
846           ss->skipNullMove = true;
847           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
848           ss->skipNullMove = false;
849           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
850
851           if (value < rBeta)
852               ext = ONE_PLY;
853       }
854
855       // Update current move (this must be done after singular extension search)
856       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
857
858       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
859       if (   !PvNode
860           && !captureOrPromotion
861           && !inCheck
862           && !dangerous
863        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
864           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
865       {
866           // Move count based pruning
867           if (   depth < 16 * ONE_PLY
868               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
869               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
870           {
871               if (SpNode)
872                   splitPoint->mutex.lock();
873
874               continue;
875           }
876
877           // Value based pruning
878           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
879           // but fixing this made program slightly weaker.
880           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
881           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
882                          + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
883
884           if (futilityValue < beta)
885           {
886               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
887
888               if (SpNode)
889               {
890                   splitPoint->mutex.lock();
891                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
892                       splitPoint->bestValue = bestValue;
893               }
894               continue;
895           }
896
897           // Prune moves with negative SEE at low depths
898           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
899               && pos.see_sign(move) < 0)
900           {
901               if (SpNode)
902                   splitPoint->mutex.lock();
903
904               continue;
905           }
906
907           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
908           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
909           ss->futilityMoveCount = moveCount;
910       }
911       else
912           ss->futilityMoveCount = 0;
913
914       // Check for legality only before to do the move
915       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
916       {
917           --moveCount;
918           continue;
919       }
920
921       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
922       ss->currentMove = move;
923       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
924           quietsSearched[quietCount++] = move;
925
926       // Step 14. Make the move
927       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
928
929       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
930       // re-searched at full depth.
931       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
932           && !pvMove
933           && !captureOrPromotion
934           &&  move != ttMove
935           &&  move != ss->killers[0]
936           &&  move != ss->killers[1])
937       {
938           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
939
940           if (!PvNode && cutNode)
941               ss->reduction += ONE_PLY;
942
943           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
944               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
945
946           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
947               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
948
949           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
950           if (SpNode)
951               alpha = splitPoint->alpha;
952
953           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
954
955           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
956           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
957       }
958       else
959           doFullDepthSearch = !pvMove;
960
961       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
962       if (doFullDepthSearch)
963       {
964           if (SpNode)
965               alpha = splitPoint->alpha;
966
967           value = newDepth < ONE_PLY ?
968                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
969                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
970                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
971       }
972
973       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
974       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
975       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
976       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
977           value = newDepth < ONE_PLY ?
978                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
979                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
980                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
981       // Step 17. Undo move
982       pos.undo_move(move);
983
984       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
985
986       // Step 18. Check for new best move
987       if (SpNode)
988       {
989           splitPoint->mutex.lock();
990           bestValue = splitPoint->bestValue;
991           alpha = splitPoint->alpha;
992       }
993
994       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
995       // was aborted because the user interrupted the search or because we
996       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
997       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
998       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
999           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1000
1001       if (RootNode)
1002       {
1003           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1004
1005           // PV move or new best move ?
1006           if (pvMove || value > alpha)
1007           {
1008               rm.score = value;
1009               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1010
1011               // We record how often the best move has been changed in each
1012               // iteration. This information is used for time management: When
1013               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1014               if (!pvMove)
1015                   ++BestMoveChanges;
1016           }
1017           else
1018               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1019               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1020               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1021               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1022       }
1023
1024       if (value > bestValue)
1025       {
1026           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1027
1028           if (value > alpha)
1029           {
1030               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1031
1032               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1033                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1034               else
1035               {
1036                   assert(value >= beta); // Fail high
1037
1038                   if (SpNode)
1039                       splitPoint->cutoff = true;
1040
1041                   break;
1042               }
1043           }
1044       }
1045
1046       // Step 19. Check for splitting the search
1047       if (   !SpNode
1048           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1049           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1050           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1051       {
1052           assert(bestValue < beta);
1053
1054           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1055                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1056           if (bestValue >= beta)
1057               break;
1058       }
1059     }
1060
1061     if (SpNode)
1062         return bestValue;
1063
1064     // Step 20. Check for mate and stalemate
1065     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1066     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1067     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1068     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1069     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1070     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1071     if (!moveCount)
1072         return  excludedMove ? alpha
1073               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1074
1075     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1076     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1077         bestValue = alpha;
1078
1079     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1080              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1081              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1082              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1083
1084     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1085     if (    bestValue >= beta
1086         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1087         && !inCheck)
1088     {
1089         if (ss->killers[0] != bestMove)
1090         {
1091             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1092             ss->killers[0] = bestMove;
1093         }
1094
1095         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1096         // played non-capture moves.
1097         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1098         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1099         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1100         {
1101             Move m = quietsSearched[i];
1102             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1103         }
1104
1105         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1106             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1107     }
1108
1109     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1110
1111     return bestValue;
1112   }
1113
1114
1115   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1116   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1117   // less than ONE_PLY).
1118
1119   template <NodeType NT, bool InCheck>
1120   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1121
1122     const bool PvNode = (NT == PV);
1123
1124     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1125     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1126     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1127     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1128     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1129
1130     StateInfo st;
1131     const TTEntry* tte;
1132     Key posKey;
1133     Move ttMove, move, bestMove;
1134     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1135     bool givesCheck, evasionPrunable;
1136     Depth ttDepth;
1137
1138     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1139     if (PvNode)
1140         oldAlpha = alpha;
1141
1142     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1143     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1144
1145     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1146     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1147         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1148
1149     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1150     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1151     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1152     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1153                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1154
1155     // Transposition table lookup
1156     posKey = pos.key();
1157     tte = TT.probe(posKey);
1158     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1159     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1160
1161     if (   tte
1162         && tte->depth() >= ttDepth
1163         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1164         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1165             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1166                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1167     {
1168         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1169         return ttValue;
1170     }
1171
1172     // Evaluate the position statically
1173     if (InCheck)
1174     {
1175         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1176         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1177     }
1178     else
1179     {
1180         if (tte)
1181         {
1182             // Never assume anything on values stored in TT
1183             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1184                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1185                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1186
1187             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1188             if (ttValue != VALUE_NONE)
1189                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1190                     bestValue = ttValue;
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 = bestValue + 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.gives_check(move, ci);
1224
1225       // Futility pruning
1226       if (   !PvNode
1227           && !InCheck
1228           && !givesCheck
1229           &&  move != ttMove
1230           &&  type_of(move) != PROMOTION
1231           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1232           && !pos.passed_pawn_push(move))
1233       {
1234           futilityValue =  futilityBase
1235                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1236                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1237
1238           if (futilityValue < beta)
1239           {
1240               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1241               continue;
1242           }
1243
1244           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1245           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1246           if (   futilityBase < beta
1247               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1248           {
1249               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1250               continue;
1251           }
1252       }
1253
1254       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1255       evasionPrunable =    InCheck
1256                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1257                        && !pos.capture(move)
1258                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1259
1260       // Don't search moves with negative SEE values
1261       if (   !PvNode
1262           && (!InCheck || evasionPrunable)
1263           &&  move != ttMove
1264           &&  type_of(move) != PROMOTION
1265           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1266           continue;
1267
1268       // Check for legality only before to do the move
1269       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1270           continue;
1271
1272       ss->currentMove = move;
1273
1274       // Make and search the move
1275       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1276       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1277                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1278       pos.undo_move(move);
1279
1280       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1281
1282       // Check for new best move
1283       if (value > bestValue)
1284       {
1285           bestValue = value;
1286
1287           if (value > alpha)
1288           {
1289               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1290               {
1291                   alpha = value;
1292                   bestMove = move;
1293               }
1294               else // Fail high
1295               {
1296                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1297                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1298
1299                   return value;
1300               }
1301           }
1302        }
1303     }
1304
1305     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1306     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1307     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1308         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1309
1310     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1311              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1312              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1313
1314     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1315
1316     return bestValue;
1317   }
1318
1319
1320   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1321   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1322   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1323
1324   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1325
1326     assert(v != VALUE_NONE);
1327
1328     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1329           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1330   }
1331
1332
1333   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1334   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1335   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1336
1337   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1338
1339     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1340           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1341           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1342   }
1343
1344
1345   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1346   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1347   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1348   // from a null search that fails low).
1349
1350   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1351
1352     assert(is_ok(first));
1353     assert(is_ok(second));
1354     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1355     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1356
1357     Square m1from = from_sq(first);
1358     Square m2from = from_sq(second);
1359     Square m1to = to_sq(first);
1360     Square m2to = to_sq(second);
1361
1362     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1363     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1364     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1365     if (    m2to == m1from
1366         || (m1to == m2from && !squares_aligned(m1from, m2from, m2to)))
1367         return true;
1368
1369     // Second one moves through the square vacated by first one
1370     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1371       return true;
1372
1373     // Second's destination is defended by the first move's piece
1374     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1375     if (m1att & m2to)
1376         return true;
1377
1378     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1379     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1380     {
1381         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1382         return true;
1383     }
1384
1385     return false;
1386   }
1387
1388
1389   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1390   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1391   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1392
1393   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1394
1395     assert(is_ok(first));
1396     assert(is_ok(second));
1397
1398     Square m1from = from_sq(first);
1399     Square m2from = from_sq(second);
1400     Square m1to = to_sq(first);
1401     Square m2to = to_sq(second);
1402
1403     // Don't prune moves of the threatened piece
1404     if (m1from == m2to)
1405         return true;
1406
1407     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1408     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1409     if (    pos.capture(second)
1410         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1411             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1412     {
1413         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1414         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1415         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1416
1417         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1418         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1419             return true;
1420
1421         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1422         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1423                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1424
1425         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1426         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1427             return true;
1428     }
1429
1430     // Don't prune safe moves which block the threat path
1431     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1432         return true;
1433
1434     return false;
1435   }
1436
1437
1438   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1439   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1440
1441   Move Skill::pick_move() {
1442
1443     static RKISS rk;
1444
1445     // PRNG sequence should be not deterministic
1446     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1447         rk.rand<unsigned>();
1448
1449     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1450     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1451     int weakness = 120 - 2 * level;
1452     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1453     best = MOVE_NONE;
1454
1455     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1456     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1457     // then we choose the move with the resulting highest score.
1458     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1459     {
1460         int s = RootMoves[i].score;
1461
1462         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1463         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1464             break;
1465
1466         // This is our magic formula
1467         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1468               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1469
1470         if (s > max_s)
1471         {
1472             max_s = s;
1473             best = RootMoves[i].pv[0];
1474         }
1475     }
1476     return best;
1477   }
1478
1479
1480   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1481   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1482   // the previous search score.
1483
1484   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1485
1486     std::stringstream s;
1487     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1488     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1489     int selDepth = 0;
1490
1491     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1492         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1493             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1494
1495     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1496     {
1497         bool updated = (i <= PVIdx);
1498
1499         if (depth == 1 && !updated)
1500             continue;
1501
1502         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1503         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1504
1505         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1506             s << "\n";
1507
1508         s << "info depth " << d
1509           << " seldepth "  << selDepth
1510           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1511           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1512           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1513           << " time "      << elapsed
1514           << " multipv "   << i + 1
1515           << " pv";
1516
1517         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1518             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1519     }
1520
1521     return s.str();
1522   }
1523
1524 } // namespace
1525
1526
1527 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1528 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1529 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1530 /// long PV to print that is important for position analysis.
1531
1532 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1533
1534   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1535   const TTEntry* tte;
1536   int ply = 0;
1537   Move m = pv[0];
1538
1539   pv.clear();
1540
1541   do {
1542       pv.push_back(m);
1543
1544       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1545
1546       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1547       tte = TT.probe(pos.key());
1548
1549   } while (   tte
1550            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1551            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces())
1552            && ply < MAX_PLY
1553            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1554
1555   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1556
1557   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1558 }
1559
1560
1561 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1562 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1563 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1564
1565 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1566
1567   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1568   const TTEntry* tte;
1569   int ply = 0;
1570
1571   do {
1572       tte = TT.probe(pos.key());
1573
1574       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1575           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1576
1577       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1578
1579       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1580
1581   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1582
1583   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1584 }
1585
1586
1587 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1588
1589 void Thread::idle_loop() {
1590
1591   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1592   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1593   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1594
1595   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1596
1597   while (true)
1598   {
1599       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1600       // wasting CPU time polling for work.
1601       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1602       {
1603           if (exit)
1604           {
1605               assert(!this_sp);
1606               return;
1607           }
1608
1609           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1610           mutex.lock();
1611
1612           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1613           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1614           {
1615               mutex.unlock();
1616               break;
1617           }
1618
1619           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1620           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1621           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1622           // we had the chance to grab the lock.
1623           if (!searching && !exit)
1624               sleepCondition.wait(mutex);
1625
1626           mutex.unlock();
1627       }
1628
1629       // If this thread has been assigned work, launch a search
1630       if (searching)
1631       {
1632           assert(!exit);
1633
1634           Threads.mutex.lock();
1635
1636           assert(searching);
1637           assert(activeSplitPoint);
1638           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1639
1640           Threads.mutex.unlock();
1641
1642           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1643           Position pos(*sp->pos, this);
1644
1645           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1646           ss->splitPoint = sp;
1647
1648           sp->mutex.lock();
1649
1650           assert(activePosition == NULL);
1651
1652           activePosition = &pos;
1653
1654           switch (sp->nodeType) {
1655           case Root:
1656               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1657               break;
1658           case PV:
1659               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1660               break;
1661           case NonPV:
1662               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1663               break;
1664           default:
1665               assert(false);
1666           }
1667
1668           assert(searching);
1669
1670           searching = false;
1671           activePosition = NULL;
1672           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1673           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1674
1675           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1676           // in case we are the last slave of the split point.
1677           if (    Threads.sleepWhileIdle
1678               &&  this != sp->masterThread
1679               && !sp->slavesMask)
1680           {
1681               assert(!sp->masterThread->searching);
1682               sp->masterThread->notify_one();
1683           }
1684
1685           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1686           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1687           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1688           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1689           sp->mutex.unlock();
1690       }
1691
1692       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1693       // their work at this split point, return from the idle loop.
1694       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1695       {
1696           this_sp->mutex.lock();
1697           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1698           this_sp->mutex.unlock();
1699           if (finished)
1700               return;
1701       }
1702   }
1703 }
1704
1705
1706 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1707 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1708 /// available time and so stop the search.
1709
1710 void check_time() {
1711
1712   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1713   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1714
1715   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1716   {
1717       lastInfoTime = Time::now();
1718       dbg_print();
1719   }
1720
1721   if (Limits.ponder)
1722       return;
1723
1724   if (Limits.nodes)
1725   {
1726       Threads.mutex.lock();
1727
1728       nodes = RootPos.nodes_searched();
1729
1730       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1731       // all the currently active positions nodes.
1732       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1733           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1734           {
1735               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1736
1737               sp.mutex.lock();
1738
1739               nodes += sp.nodes;
1740               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1741               while (sm)
1742               {
1743                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1744                   if (pos)
1745                       nodes += pos->nodes_searched();
1746               }
1747
1748               sp.mutex.unlock();
1749           }
1750
1751       Threads.mutex.unlock();
1752   }
1753
1754   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1755   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1756                          && !Signals.failedLowAtRoot
1757                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1758
1759   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1760                    || stillAtFirstMove;
1761
1762   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1763       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1764       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1765       Signals.stop = true;
1766 }