c574058df4be545a297dc83f74da0c43203c4ecb
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
410         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
411             bestMoveNeverChanged = false;
412
413         // Do we have found a "mate in x"?
414         if (   Limits.mate
415             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
416             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
417             Signals.stop = true;
418
419         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
420         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
421         {
422             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
423
424             // Take in account some extra time if the best move has changed
425             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
426                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
427
428             // Stop search if most of available time is already consumed. We
429             // probably don't have enough time to search the first move at the
430             // next iteration anyway.
431             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
432                 stop = true;
433
434             // Stop search early if one move seems to be much better than others
435             if (    depth >= 12
436                 && !stop
437                 &&  PVSize == 1
438                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
439                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
440             {
441                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
442                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
443                 (ss+1)->skipNullMove = true;
444                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
445                 (ss+1)->skipNullMove = false;
446                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
447
448                 if (v < rBeta)
449                     stop = true;
450             }
451
452             if (stop)
453             {
454                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
455                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
456                 if (Limits.ponder)
457                     Signals.stopOnPonderhit = true;
458                 else
459                     Signals.stop = true;
460             }
461         }
462     }
463   }
464
465
466   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
467   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
468   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
469   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
470   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
471   // here: This is taken care of after we return from the split point.
472
473   template <NodeType NT>
474   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
475
476     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
477     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
479
480     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
481     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
482     assert(depth > DEPTH_ZERO);
483
484     Move movesSearched[64];
485     StateInfo st;
486     const TTEntry *tte;
487     SplitPoint* sp;
488     Key posKey;
489     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
490     Depth ext, newDepth;
491     Value bestValue, value, ttValue;
492     Value eval, nullValue, futilityValue;
493     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
494     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch, threatExtension;
495     int moveCount, playedMoveCount;
496
497     // Step 1. Initialize node
498     Thread* thisThread = pos.this_thread();
499     moveCount = playedMoveCount = 0;
500     threatExtension = false;
501     inCheck = pos.checkers();
502
503     if (SpNode)
504     {
505         sp = ss->sp;
506         bestMove   = sp->bestMove;
507         threatMove = sp->threatMove;
508         bestValue  = sp->bestValue;
509         tte = NULL;
510         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
511         ttValue = VALUE_NONE;
512
513         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
514
515         goto split_point_start;
516     }
517
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
522     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
523
524     // Used to send selDepth info to GUI
525     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
526         thisThread->maxPly = ss->ply;
527
528     if (!RootNode)
529     {
530         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
531         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
532             return DrawValue[pos.side_to_move()];
533
534         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
535         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
536         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
537         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
538         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
539         // in this case return a fail-high score.
540         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
541         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
542         if (alpha >= beta)
543             return alpha;
544     }
545
546     // Step 4. Transposition table lookup
547     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
548     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
549     excludedMove = ss->excludedMove;
550     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
551     tte = TT.probe(posKey);
552     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
553     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
554
555     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
556     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
557     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
558     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
559     if (   !RootNode
560         && tte
561         && tte->depth() >= depth
562         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
563         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
564             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
565                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
566     {
567         TT.refresh(tte);
568         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
569
570         if (    ttValue >= beta
571             &&  ttMove
572             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
573             &&  ttMove != ss->killers[0])
574         {
575             ss->killers[1] = ss->killers[0];
576             ss->killers[0] = ttMove;
577         }
578         return ttValue;
579     }
580
581     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
582     if (inCheck)
583         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
584
585     else if (tte)
586     {
587         // Never assume anything on values stored in TT
588         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
589             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
590             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
591
592         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
593         if (ttValue != VALUE_NONE)
594             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
595                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
596                 eval = ttValue;
597     }
598     else
599     {
600         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
601         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
602                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
603     }
604
605     // Handling of UCI command 'mate in x moves'. We simply return if after
606     // 'x' moves we still have not checkmated the opponent.
607     if (PvNode && !RootNode && !inCheck && Limits.mate && ss->ply > 2 * Limits.mate)
608         return eval;
609
610     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
611     // evaluation before and after the move.
612     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
613         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
614         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
615         && !pos.captured_piece_type()
616         &&  type_of(move) == NORMAL)
617     {
618         Square to = to_sq(move);
619         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
620     }
621
622     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
623     if (   !PvNode
624         &&  depth < 4 * ONE_PLY
625         && !inCheck
626         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
627         &&  ttMove == MOVE_NONE
628         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
629         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
630     {
631         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
632         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
633         if (v < rbeta)
634             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
635             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
636             return v;
637     }
638
639     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
640     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
641     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
642     if (   !PvNode
643         && !ss->skipNullMove
644         &&  depth < 4 * ONE_PLY
645         && !inCheck
646         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
647         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
648         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
649         return eval - FutilityMargins[depth][0];
650
651     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
652     if (   !PvNode
653         && !ss->skipNullMove
654         &&  depth > ONE_PLY
655         && !inCheck
656         &&  eval >= beta
657         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
658         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
659     {
660         ss->currentMove = MOVE_NULL;
661
662         // Null move dynamic reduction based on depth
663         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
664
665         // Null move dynamic reduction based on value
666         if (eval - PawnValueMg > beta)
667             R += ONE_PLY;
668
669         pos.do_null_move<true>(st);
670         (ss+1)->skipNullMove = true;
671         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
672                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
673         (ss+1)->skipNullMove = false;
674         pos.do_null_move<false>(st);
675
676         if (nullValue >= beta)
677         {
678             // Do not return unproven mate scores
679             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
680                 nullValue = beta;
681
682             if (depth < 6 * ONE_PLY)
683                 return nullValue;
684
685             // Do verification search at high depths
686             ss->skipNullMove = true;
687             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
688             ss->skipNullMove = false;
689
690             if (v >= beta)
691                 return nullValue;
692         }
693         else
694         {
695             // The null move failed low, which means that we may be faced with
696             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
697             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
698             // move which was reduced. If a connection is found extend moves that
699             // defend against threat.
700             threatMove = (ss+1)->currentMove;
701
702             if (   depth < 5 * ONE_PLY
703                 && (ss-1)->reduction
704                 && threatMove != MOVE_NONE
705                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
706                 threatExtension = true;
707         }
708     }
709
710     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
711     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
712     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
713     // prune the previous move.
714     if (   !PvNode
715         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
716         && !inCheck
717         && !ss->skipNullMove
718         &&  excludedMove == MOVE_NONE
719         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
720     {
721         Value rbeta = beta + 200;
722         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
723
724         assert(rdepth >= ONE_PLY);
725         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
726         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
727
728         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
729         CheckInfo ci(pos);
730
731         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
732             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
733             {
734                 ss->currentMove = move;
735                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
736                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
737                 pos.undo_move(move);
738                 if (value >= rbeta)
739                     return value;
740             }
741     }
742
743     // Step 10. Internal iterative deepening
744     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
745         && ttMove == MOVE_NONE
746         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
747     {
748         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
749
750         ss->skipNullMove = true;
751         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
752         ss->skipNullMove = false;
753
754         tte = TT.probe(posKey);
755         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
756     }
757
758 split_point_start: // At split points actual search starts from here
759
760     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
761     CheckInfo ci(pos);
762     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
763     singularExtensionNode =   !RootNode
764                            && !SpNode
765                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
766                            &&  ttMove != MOVE_NONE
767                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
768                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
769                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
770
771     // Step 11. Loop through moves
772     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
773     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
774     {
775       assert(is_ok(move));
776
777       if (move == excludedMove)
778           continue;
779
780       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
781       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
782       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
783       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
784           continue;
785
786       if (SpNode)
787       {
788           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
789           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
790               continue;
791
792           moveCount = ++sp->moveCount;
793           sp->mutex.unlock();
794       }
795       else
796           moveCount++;
797
798       if (RootNode)
799       {
800           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
801
802           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
803               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
804                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
805                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
806       }
807
808       ext = DEPTH_ZERO;
809       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
810       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
811       dangerous =   givesCheck
812                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
813                  || type_of(move) == CASTLE
814                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
815                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
816                      && type_of(move) == NORMAL
817                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
818                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
819
820       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
821       if (PvNode && dangerous)
822           ext = ONE_PLY;
823
824       else if (threatExtension && prevents_move(pos, move, threatMove))
825           ext = ONE_PLY;
826
827       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
828           ext = ONE_PLY / 2;
829
830       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
831       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
832       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
833       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
834       // a margin then we extend ttMove.
835       if (    singularExtensionNode
836           &&  move == ttMove
837           && !ext
838           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
839           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
840       {
841           assert(ttValue != VALUE_NONE);
842
843           Value rBeta = ttValue - int(depth);
844           ss->excludedMove = move;
845           ss->skipNullMove = true;
846           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
847           ss->skipNullMove = false;
848           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
849
850           if (value < rBeta)
851               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
852       }
853
854       // Update current move (this must be done after singular extension search)
855       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
856
857       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
858       if (   !PvNode
859           && !captureOrPromotion
860           && !inCheck
861           && !dangerous
862           &&  move != ttMove
863           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
864                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
865       {
866           // Move count based pruning
867           if (   depth < 16 * ONE_PLY
868               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
869               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
870           {
871               if (SpNode)
872                   sp->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>(depth, moveCount);
881           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
882                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
883
884           if (futilityValue < beta)
885           {
886               if (SpNode)
887                   sp->mutex.lock();
888
889               continue;
890           }
891
892           // Prune moves with negative SEE at low depths
893           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
894               && pos.see_sign(move) < 0)
895           {
896               if (SpNode)
897                   sp->mutex.lock();
898
899               continue;
900           }
901       }
902
903       // Check for legality only before to do the move
904       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
905       {
906           moveCount--;
907           continue;
908       }
909
910       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
911       ss->currentMove = move;
912       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
913           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
914
915       // Step 14. Make the move
916       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
917
918       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
919       // re-searched at full depth.
920       if (    depth > 3 * ONE_PLY
921           && !pvMove
922           && !captureOrPromotion
923           && !dangerous
924           &&  ss->killers[0] != move
925           &&  ss->killers[1] != move)
926       {
927           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
928           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
929           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
930
931           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
932
933           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
934           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
935       }
936       else
937           doFullDepthSearch = !pvMove;
938
939       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
940       if (doFullDepthSearch)
941       {
942           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
943           value = newDepth < ONE_PLY ?
944                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
947       }
948
949       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
950       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
951       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
952       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
953           value = newDepth < ONE_PLY ?
954                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
955                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
957       // Step 17. Undo move
958       pos.undo_move(move);
959
960       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
961
962       // Step 18. Check for new best move
963       if (SpNode)
964       {
965           sp->mutex.lock();
966           bestValue = sp->bestValue;
967           alpha = sp->alpha;
968       }
969
970       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
971       // was aborted because the user interrupted the search or because we
972       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
973       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
974       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
975           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
976
977       if (RootNode)
978       {
979           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
980
981           // PV move or new best move ?
982           if (pvMove || value > alpha)
983           {
984               rm.score = value;
985               rm.extract_pv_from_tt(pos);
986
987               // We record how often the best move has been changed in each
988               // iteration. This information is used for time management: When
989               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
990               if (!pvMove)
991                   BestMoveChanges++;
992           }
993           else
994               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
995               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
996               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
997               rm.score = -VALUE_INFINITE;
998       }
999
1000       if (value > bestValue)
1001       {
1002           bestValue = value;
1003           if (SpNode) sp->bestValue = value;
1004
1005           if (value > alpha)
1006           {
1007               bestMove = move;
1008               if (SpNode) sp->bestMove = move;
1009
1010               if (PvNode && value < beta)
1011               {
1012                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1013                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1014               }
1015               else
1016               {
1017                   assert(value >= beta); // Fail high
1018
1019                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1020                   break;
1021               }
1022           }
1023       }
1024
1025       // Step 19. Check for splitting the search
1026       if (   !SpNode
1027           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1028           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1029       {
1030           assert(bestValue < beta);
1031
1032           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1033                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1034           if (bestValue >= beta)
1035               break;
1036       }
1037     }
1038
1039     if (SpNode)
1040         return bestValue;
1041
1042     // Step 20. Check for mate and stalemate
1043     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1044     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1045     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1046     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1047     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1048     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1049     if (!moveCount)
1050         return  excludedMove ? alpha
1051               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1052
1053     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1054     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1055     {
1056         assert(!playedMoveCount);
1057
1058         bestValue = alpha;
1059     }
1060
1061     if (bestValue >= beta) // Failed high
1062     {
1063         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1064                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1065
1066         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1067         {
1068             if (bestMove != ss->killers[0])
1069             {
1070                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1071                 ss->killers[0] = bestMove;
1072             }
1073
1074             // Increase history value of the cut-off move
1075             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1076             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1077
1078             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1079             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1080             {
1081                 Move m = movesSearched[i];
1082                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1083             }
1084         }
1085     }
1086     else // Failed low or PV search
1087         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1088                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1089                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1090
1091     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1092
1093     return bestValue;
1094   }
1095
1096
1097   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1098   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1099   // less than ONE_PLY).
1100
1101   template <NodeType NT, bool InCheck>
1102   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1103
1104     const bool PvNode = (NT == PV);
1105
1106     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1107     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1108     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1109     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1110     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1111
1112     StateInfo st;
1113     const TTEntry* tte;
1114     Key posKey;
1115     Move ttMove, move, bestMove;
1116     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1117     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable, fromNull;
1118     Depth ttDepth;
1119
1120     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1121     if (PvNode)
1122         oldAlpha = alpha;
1123
1124     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1125     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1126     fromNull = (ss-1)->currentMove == MOVE_NULL;
1127
1128     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1129     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1130         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1131
1132     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1133     // pruning, but only for move ordering.
1134     posKey = pos.key();
1135     tte = TT.probe(posKey);
1136     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1137     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1138
1139     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1140     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1141     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1142     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1143                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1144     if (   tte
1145         && tte->depth() >= ttDepth
1146         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1147         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1148             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1149                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1150     {
1151         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1152         return ttValue;
1153     }
1154
1155     // Evaluate the position statically
1156     if (InCheck)
1157     {
1158         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1159         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1160         enoughMaterial = false;
1161     }
1162     else
1163     {
1164         if (fromNull)
1165         {
1166             // Approximated score. Real one is slightly higher due to tempo
1167             ss->staticEval = bestValue = -(ss-1)->staticEval;
1168             ss->evalMargin = VALUE_ZERO;
1169         }
1170         else if (tte)
1171         {
1172             // Never assume anything on values stored in TT
1173             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1174                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1175                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1176         }
1177         else
1178             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1179
1180         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1181         if (bestValue >= beta)
1182         {
1183             if (!tte)
1184                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1185                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1186
1187             return bestValue;
1188         }
1189
1190         if (PvNode && bestValue > alpha)
1191             alpha = bestValue;
1192
1193         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1194         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1195     }
1196
1197     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1198     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1199     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1200     // be generated.
1201     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1202     CheckInfo ci(pos);
1203
1204     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1205     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1206     {
1207       assert(is_ok(move));
1208
1209       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1210
1211       // Futility pruning
1212       if (   !PvNode
1213           && !InCheck
1214           && !fromNull
1215           && !givesCheck
1216           &&  move != ttMove
1217           &&  enoughMaterial
1218           &&  type_of(move) != PROMOTION
1219           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1220       {
1221           futilityValue =  futilityBase
1222                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1223                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1224
1225           if (futilityValue < beta)
1226           {
1227               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1228               continue;
1229           }
1230
1231           // Prune moves with negative or equal SEE
1232           if (   futilityBase < beta
1233               && depth < DEPTH_ZERO
1234               && pos.see(move) <= 0)
1235           {
1236               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1237               continue;
1238           }
1239       }
1240
1241       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1242       evasionPrunable =   !PvNode
1243                        &&  InCheck
1244                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1245                        && !pos.is_capture(move)
1246                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1247
1248       // Don't search moves with negative SEE values
1249       if (   !PvNode
1250           && (!InCheck || evasionPrunable)
1251           &&  move != ttMove
1252           &&  type_of(move) != PROMOTION
1253           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1254           continue;
1255
1256       // Don't search useless checks
1257       if (   !PvNode
1258           && !InCheck
1259           &&  givesCheck
1260           &&  move != ttMove
1261           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1262           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1263           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1264           continue;
1265
1266       // Check for legality only before to do the move
1267       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1268           continue;
1269
1270       ss->currentMove = move;
1271
1272       // Make and search the move
1273       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1274       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1275                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1276       pos.undo_move(move);
1277
1278       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1279
1280       // Check for new best move
1281       if (value > bestValue)
1282       {
1283           bestValue = value;
1284
1285           if (value > alpha)
1286           {
1287               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1288               {
1289                   alpha = value;
1290                   bestMove = move;
1291               }
1292               else // Fail high
1293               {
1294                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1295                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1296
1297                   return value;
1298               }
1299           }
1300        }
1301     }
1302
1303     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1304     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1305     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1306         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1307
1308     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1309              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1310              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1311
1312     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1313
1314     return bestValue;
1315   }
1316
1317
1318   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1319   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1320   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1321
1322   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     assert(v != VALUE_NONE);
1325
1326     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1327           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1328   }
1329
1330
1331   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1332   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1333   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1334
1335   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1336
1337     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1338           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1339           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1340   }
1341
1342
1343   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1344
1345   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1346   {
1347     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1348     Square from = from_sq(move);
1349     Square to = to_sq(move);
1350     Color them = ~pos.side_to_move();
1351     Square ksq = pos.king_square(them);
1352     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1353     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1354     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1355     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1356     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1357
1358     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1359     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1360         return true;
1361
1362     // Queen contact check is very dangerous
1363     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1364         return true;
1365
1366     // Creating new double threats with checks is dangerous
1367     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1368     while (b)
1369     {
1370         // Note that here we generate illegal "double move"!
1371         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1372             return true;
1373     }
1374
1375     return false;
1376   }
1377
1378
1379   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1380   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1381   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1382   // from a null search that fails low).
1383
1384   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1385
1386     assert(is_ok(first));
1387     assert(is_ok(second));
1388     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1389     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1390
1391     Square m1from = from_sq(first);
1392     Square m2from = from_sq(second);
1393     Square m1to = to_sq(first);
1394     Square m2to = to_sq(second);
1395
1396     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1397     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1398         return true;
1399
1400     // Second one moves through the square vacated by first one
1401     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1402       return true;
1403
1404     // Second's destination is defended by the first move's piece
1405     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1406     if (m1att & m2to)
1407         return true;
1408
1409     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1410     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1411     {
1412         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1413         return true;
1414     }
1415
1416     return false;
1417   }
1418
1419
1420   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1421   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1422   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1423   // that fails low).
1424
1425   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1426
1427     assert(is_ok(first));
1428     assert(is_ok(second));
1429
1430     Square m1from = from_sq(first);
1431     Square m2from = from_sq(second);
1432     Square m1to = to_sq(first);
1433     Square m2to = to_sq(second);
1434
1435     // Don't prune moves of the threatened piece
1436     if (m1from == m2to)
1437         return true;
1438
1439     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1440     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1441     if (    pos.is_capture(second)
1442         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1443             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1444     {
1445         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1446         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1447         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1448
1449         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1450         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1451             return true;
1452
1453         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1454         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1455                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1456
1457         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1458         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1459             return true;
1460     }
1461
1462     // Don't prune safe moves which block the threat path
1463     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1464         return true;
1465
1466     return false;
1467   }
1468
1469
1470   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1471   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1472
1473   Move Skill::pick_move() {
1474
1475     static RKISS rk;
1476
1477     // PRNG sequence should be not deterministic
1478     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1479         rk.rand<unsigned>();
1480
1481     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1482     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1483     int weakness = 120 - 2 * level;
1484     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1485     best = MOVE_NONE;
1486
1487     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1488     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1489     // then we choose the move with the resulting highest score.
1490     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1491     {
1492         int s = RootMoves[i].score;
1493
1494         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1495         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1496             break;
1497
1498         // This is our magic formula
1499         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1500               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1501
1502         if (s > max_s)
1503         {
1504             max_s = s;
1505             best = RootMoves[i].pv[0];
1506         }
1507     }
1508     return best;
1509   }
1510
1511
1512   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1513   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1514   // the previous search score.
1515
1516   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1517
1518     std::stringstream s;
1519     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1520     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1521     int selDepth = 0;
1522
1523     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1524         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1525             selDepth = Threads[i].maxPly;
1526
1527     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1528     {
1529         bool updated = (i <= PVIdx);
1530
1531         if (depth == 1 && !updated)
1532             continue;
1533
1534         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1535         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1536
1537         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1538             s << "\n";
1539
1540         s << "info depth " << d
1541           << " seldepth "  << selDepth
1542           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1543           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1544           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1545           << " time "      << elaspsed
1546           << " multipv "   << i + 1
1547           << " pv";
1548
1549         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1550             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1551     }
1552
1553     return s.str();
1554   }
1555
1556 } // namespace
1557
1558
1559 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1560 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1561 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1562 /// long PV to print that is important for position analysis.
1563
1564 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1565
1566   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1567   TTEntry* tte;
1568   int ply = 0;
1569   Move m = pv[0];
1570
1571   pv.clear();
1572
1573   do {
1574       pv.push_back(m);
1575
1576       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1577
1578       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1579       tte = TT.probe(pos.key());
1580
1581   } while (   tte
1582            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1583            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1584            && ply < MAX_PLY
1585            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1586
1587   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1588
1589   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1594 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1595 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1596
1597 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1598
1599   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1600   TTEntry* tte;
1601   int ply = 0;
1602
1603   do {
1604       tte = TT.probe(pos.key());
1605
1606       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1607           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1608
1609       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1610
1611       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1612
1613   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1614
1615   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1616 }
1617
1618
1619 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1620
1621 void Thread::idle_loop() {
1622
1623   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1624   // object for which the thread is the master.
1625   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1626
1627   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1628
1629   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1630   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1631   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1632   {
1633       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1634       // instead of wasting CPU time polling for work.
1635       while (   do_sleep
1636              || do_exit
1637              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1638       {
1639           if (do_exit)
1640           {
1641               assert(!sp_master);
1642               return;
1643           }
1644
1645           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1646           mutex.lock();
1647
1648           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1649           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1650           {
1651               mutex.unlock();
1652               break;
1653           }
1654
1655           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1656           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1657           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1658           // had the chance to grab the lock.
1659           if (do_sleep || !is_searching)
1660               sleepCondition.wait(mutex);
1661
1662           mutex.unlock();
1663       }
1664
1665       // If this thread has been assigned work, launch a search
1666       if (is_searching)
1667       {
1668           assert(!do_sleep && !do_exit);
1669
1670           Threads.mutex.lock();
1671
1672           assert(is_searching);
1673           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1674
1675           Threads.mutex.unlock();
1676
1677           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1678           Position pos(*sp->pos, this);
1679
1680           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1681           (ss+1)->sp = sp;
1682
1683           sp->mutex.lock();
1684
1685           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1686
1687           sp->activePositions[idx] = &pos;
1688
1689           if (sp->nodeType == Root)
1690               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1691           else if (sp->nodeType == PV)
1692               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1693           else if (sp->nodeType == NonPV)
1694               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1695           else
1696               assert(false);
1697
1698           assert(is_searching);
1699
1700           is_searching = false;
1701           sp->activePositions[idx] = NULL;
1702           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1703           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1704
1705           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1706           // case we are the last slave of the split point.
1707           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1708               &&  this != sp->master
1709               && !sp->slavesMask)
1710           {
1711               assert(!sp->master->is_searching);
1712               sp->master->wake_up();
1713           }
1714
1715           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1716           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1717           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1718           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1719           sp->mutex.unlock();
1720       }
1721   }
1722 }
1723
1724
1725 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1726 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1727 /// available time and so stop the search.
1728
1729 void check_time() {
1730
1731   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1732   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1733
1734   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1735   {
1736       lastInfoTime = Time::now();
1737       dbg_print();
1738   }
1739
1740   if (Limits.ponder)
1741       return;
1742
1743   if (Limits.nodes)
1744   {
1745       Threads.mutex.lock();
1746
1747       nodes = RootPos.nodes_searched();
1748
1749       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1750       // all the currently active slaves positions.
1751       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1752           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1753           {
1754               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1755
1756               sp.mutex.lock();
1757
1758               nodes += sp.nodes;
1759               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1760               while (sm)
1761               {
1762                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1763                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1764               }
1765
1766               sp.mutex.unlock();
1767           }
1768
1769       Threads.mutex.unlock();
1770   }
1771
1772   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1773   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1774                          && !Signals.failedLowAtRoot
1775                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1776
1777   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1778                    || stillAtFirstMove;
1779
1780   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1781       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1782       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1783       Signals.stop = true;
1784 }