]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Use Them instead of ~Us
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   History Hist;
90   Gains Gain;
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(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool refutes(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 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
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.game_ply(), 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   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232       Threads[i]->maxPly = 0;
233
234   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   Threads.timer->msec =
239   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
240                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
241                                : 100;
242
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Use Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When search is stopped this info is not printed
268   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
269             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
270
271   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
272   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
273   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
274   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
275   // raise Signals.stop).
276   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
277   {
278       Signals.stopOnPonderhit = true;
279       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
280   }
281
282   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
283   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
284             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
285             << sync_endl;
286 }
287
288
289 namespace {
290
291   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
292   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
293   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
294
295   void id_loop(Position& pos) {
296
297     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
298     int depth, prevBestMoveChanges;
299     Value bestValue, alpha, beta, delta;
300
301     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
302     depth = BestMoveChanges = 0;
303     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
304     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
305     TT.new_search();
306     Hist.clear();
307     Gain.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
323         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
324         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
325             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
326
327         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
328         BestMoveChanges = 0;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
332         {
333             // Set aspiration window default width
334             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
338                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
339             }
340             else
341             {
342                 alpha = -VALUE_INFINITE;
343                 beta  =  VALUE_INFINITE;
344             }
345
346             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
347             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
348             while (true)
349             {
350                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
351                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
352                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
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                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
374                 // research, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
376                     break;
377
378                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
379                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
380                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
381
382                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
383                 {
384                     alpha = -VALUE_INFINITE;
385                     beta  =  VALUE_INFINITE;
386                 }
387                 else if (bestValue >= beta)
388                 {
389                     beta += delta;
390                     delta += delta / 2;
391                 }
392                 else
393                 {
394                     Signals.failedLowAtRoot = true;
395                     Signals.stopOnPonderhit = false;
396
397                     alpha -= delta;
398                     delta += delta / 2;
399                 }
400
401                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
402             }
403
404             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
405             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
406
407             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
408                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
409         }
410
411         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
412         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
413             skill.pick_move();
414
415         if (Options["Use Search Log"])
416         {
417             Log log(Options["Search Log Filename"]);
418             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
419                 << std::endl;
420         }
421
422         // Do we have found a "mate in x"?
423         if (   Limits.mate
424             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426             Signals.stop = true;
427
428         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
429         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
430         {
431             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
432
433             // Take in account some extra time if the best move has changed
434             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
435                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
436
437             // Stop search if most of available time is already consumed. We
438             // probably don't have enough time to search the first move at the
439             // next iteration anyway.
440             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
441                 stop = true;
442
443             // Stop search early if one move seems to be much better than others
444             if (    depth >= 12
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+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
453                 (ss+1)->skipNullMove = true;
454                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
455                 (ss+1)->skipNullMove = false;
456                 (ss+1)->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) {
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 movesSearched[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;
504     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
505     int moveCount, playedMoveCount;
506
507     // Step 1. Initialize node
508     Thread* thisThread = pos.this_thread();
509     moveCount = playedMoveCount = 0;
510     inCheck = pos.checkers();
511
512     if (SpNode)
513     {
514         splitPoint = ss->splitPoint;
515         bestMove   = splitPoint->bestMove;
516         threatMove = splitPoint->threatMove;
517         bestValue  = splitPoint->bestValue;
518         tte = NULL;
519         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
520         ttValue = VALUE_NONE;
521
522         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
523
524         goto split_point_start;
525     }
526
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->type() == BOUND_EXACT
574             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
575                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
576     {
577         TT.refresh(tte);
578         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
579
580         if (    ttValue >= beta
581             &&  ttMove
582             && !pos.is_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         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
594
595     else if (tte)
596     {
597         // Never assume anything on values stored in TT
598         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
599             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
600             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
601
602         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
603         if (ttValue != VALUE_NONE)
604             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
605                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
606                 eval = ttValue;
607     }
608     else
609     {
610         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
611         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
612                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
613     }
614
615     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
616     // evaluation before and after the move.
617     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
618         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
619         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
620         && !pos.captured_piece_type()
621         &&  type_of(move) == NORMAL)
622     {
623         Square to = to_sq(move);
624         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
625     }
626
627     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
628     if (   !PvNode
629         &&  depth < 4 * ONE_PLY
630         && !inCheck
631         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
632         &&  ttMove == MOVE_NONE
633         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
634         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
635     {
636         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
637         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
638         if (v < rbeta)
639             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
640             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
641             return v;
642     }
643
644     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
645     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
646     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
647     if (   !PvNode
648         && !ss->skipNullMove
649         &&  depth < 4 * ONE_PLY
650         && !inCheck
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 > ONE_PLY
661         && !inCheck
662         &&  eval >= beta
663         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
664         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
665     {
666         ss->currentMove = MOVE_NULL;
667
668         // Null move dynamic reduction based on depth
669         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
670
671         // Null move dynamic reduction based on value
672         if (eval - PawnValueMg > beta)
673             R += ONE_PLY;
674
675         pos.do_null_move(st);
676         (ss+1)->skipNullMove = true;
677         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
678                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
679         (ss+1)->skipNullMove = false;
680         pos.undo_null_move();
681
682         if (nullValue >= beta)
683         {
684             // Do not return unproven mate scores
685             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
686                 nullValue = beta;
687
688             if (depth < 12 * ONE_PLY)
689                 return nullValue;
690
691             // Do verification search at high depths
692             ss->skipNullMove = true;
693             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
694             ss->skipNullMove = false;
695
696             if (v >= beta)
697                 return nullValue;
698         }
699         else
700         {
701             // The null move failed low, which means that we may be faced with
702             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
703             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
704             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
705             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
706             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
707             threatMove = (ss+1)->currentMove;
708
709             if (   depth < 5 * ONE_PLY
710                 && (ss-1)->reduction
711                 && threatMove != MOVE_NONE
712                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
713                 return beta - 1;
714         }
715     }
716
717     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
718     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
719     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
720     // prune the previous move.
721     if (   !PvNode
722         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
723         && !inCheck
724         && !ss->skipNullMove
725         &&  excludedMove == MOVE_NONE
726         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
727     {
728         Value rbeta = beta + 200;
729         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
730
731         assert(rdepth >= ONE_PLY);
732         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
733         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
734
735         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
736         CheckInfo ci(pos);
737
738         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
739             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
740             {
741                 ss->currentMove = move;
742                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
743                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
744                 pos.undo_move(move);
745                 if (value >= rbeta)
746                     return value;
747             }
748     }
749
750     // Step 10. Internal iterative deepening
751     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
752         && ttMove == MOVE_NONE
753         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
754     {
755         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
756
757         ss->skipNullMove = true;
758         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
759         ss->skipNullMove = false;
760
761         tte = TT.probe(posKey);
762         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
763     }
764
765 split_point_start: // At split points actual search starts from here
766
767     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
768     CheckInfo ci(pos);
769     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
770     singularExtensionNode =   !RootNode
771                            && !SpNode
772                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
773                            &&  ttMove != MOVE_NONE
774                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
775                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
776                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
777
778     // Step 11. Loop through moves
779     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
780     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
781     {
782       assert(is_ok(move));
783
784       if (move == excludedMove)
785           continue;
786
787       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
788       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
789       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
790       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
791           continue;
792
793       if (SpNode)
794       {
795           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
796           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
797               continue;
798
799           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
800           splitPoint->mutex.unlock();
801       }
802       else
803           moveCount++;
804
805       if (RootNode)
806       {
807           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
808
809           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
810               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
811                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
812                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
813       }
814
815       ext = DEPTH_ZERO;
816       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
817       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
818       dangerous =   givesCheck
819                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
820                  || type_of(move) == CASTLE
821                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
822                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
823                      && type_of(move) == NORMAL
824                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
825                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
826
827       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
828       if (PvNode && dangerous)
829           ext = ONE_PLY;
830
831       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
832           ext = ONE_PLY / 2;
833
834       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
835       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
836       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
837       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
838       // a margin then we extend ttMove.
839       if (    singularExtensionNode
840           &&  move == ttMove
841           && !ext
842           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
843           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
844       {
845           assert(ttValue != VALUE_NONE);
846
847           Value rBeta = ttValue - int(depth);
848           ss->excludedMove = move;
849           ss->skipNullMove = true;
850           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
851           ss->skipNullMove = false;
852           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
853
854           if (value < rBeta)
855               ext = ONE_PLY;
856       }
857
858       // Update current move (this must be done after singular extension search)
859       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
860
861       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
862       if (   !PvNode
863           && !captureOrPromotion
864           && !inCheck
865           && !dangerous
866        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
867           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
868       {
869           // Move count based pruning
870           if (   depth < 16 * ONE_PLY
871               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
872               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
873           {
874               if (SpNode)
875                   splitPoint->mutex.lock();
876
877               continue;
878           }
879
880           // Value based pruning
881           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
882           // but fixing this made program slightly weaker.
883           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
884           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
885                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
886
887           if (futilityValue < beta)
888           {
889               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
890
891               if (SpNode)
892               {
893                   splitPoint->mutex.lock();
894                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
895                       splitPoint->bestValue = bestValue;
896               }
897               continue;
898           }
899
900           // Prune moves with negative SEE at low depths
901           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
902               && pos.see_sign(move) < 0)
903           {
904               if (SpNode)
905                   splitPoint->mutex.lock();
906
907               continue;
908           }
909
910           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
911           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
912           ss->futilityMoveCount = moveCount;
913       }
914       else
915           ss->futilityMoveCount = 0;
916
917       // Check for legality only before to do the move
918       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
919       {
920           moveCount--;
921           continue;
922       }
923
924       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
925       ss->currentMove = move;
926       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
927           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
928
929       // Step 14. Make the move
930       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
931
932       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
933       // re-searched at full depth.
934       if (    depth > 3 * ONE_PLY
935           && !pvMove
936           && !captureOrPromotion
937           && !dangerous
938           &&  move != ttMove
939           &&  move != ss->killers[0]
940           &&  move != ss->killers[1])
941       {
942           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
943           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
944           if (SpNode)
945               alpha = splitPoint->alpha;
946
947           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
948
949           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
950           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
951       }
952       else
953           doFullDepthSearch = !pvMove;
954
955       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
956       if (doFullDepthSearch)
957       {
958           if (SpNode)
959               alpha = splitPoint->alpha;
960
961           value = newDepth < ONE_PLY ?
962                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
963                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
964                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
965       }
966
967       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
968       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
969       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
970       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
971           value = newDepth < ONE_PLY ?
972                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
973                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
975       // Step 17. Undo move
976       pos.undo_move(move);
977
978       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
979
980       // Step 18. Check for new best move
981       if (SpNode)
982       {
983           splitPoint->mutex.lock();
984           bestValue = splitPoint->bestValue;
985           alpha = splitPoint->alpha;
986       }
987
988       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
989       // was aborted because the user interrupted the search or because we
990       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
991       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
992       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
993           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
994
995       if (RootNode)
996       {
997           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
998
999           // PV move or new best move ?
1000           if (pvMove || value > alpha)
1001           {
1002               rm.score = value;
1003               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1004
1005               // We record how often the best move has been changed in each
1006               // iteration. This information is used for time management: When
1007               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1008               if (!pvMove)
1009                   BestMoveChanges++;
1010           }
1011           else
1012               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1013               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1014               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1015               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1016       }
1017
1018       if (value > bestValue)
1019       {
1020           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1021
1022           if (value > alpha)
1023           {
1024               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1025
1026               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1027                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1028               else
1029               {
1030                   assert(value >= beta); // Fail high
1031
1032                   if (SpNode)
1033                       splitPoint->cutoff = true;
1034
1035                   break;
1036               }
1037           }
1038       }
1039
1040       // Step 19. Check for splitting the search
1041       if (   !SpNode
1042           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1043           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1044           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1045       {
1046           assert(bestValue < beta);
1047
1048           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1049                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1050           if (bestValue >= beta)
1051               break;
1052       }
1053     }
1054
1055     if (SpNode)
1056         return bestValue;
1057
1058     // Step 20. Check for mate and stalemate
1059     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1060     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1061     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1062     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1063     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1064     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1065     if (!moveCount)
1066         return  excludedMove ? alpha
1067               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1068
1069     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1070     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1071     {
1072         assert(!playedMoveCount);
1073
1074         bestValue = alpha;
1075     }
1076
1077     if (bestValue >= beta) // Failed high
1078     {
1079         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1080                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1081
1082         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1083         {
1084             if (bestMove != ss->killers[0])
1085             {
1086                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1087                 ss->killers[0] = bestMove;
1088             }
1089
1090             // Increase history value of the cut-off move
1091             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1092             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1093
1094             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1095             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1096             {
1097                 Move m = movesSearched[i];
1098                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1099             }
1100         }
1101     }
1102     else // Failed low or PV search
1103         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1104                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1105                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1106
1107     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1108
1109     return bestValue;
1110   }
1111
1112
1113   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1114   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1115   // less than ONE_PLY).
1116
1117   template <NodeType NT, bool InCheck>
1118   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1119
1120     const bool PvNode = (NT == PV);
1121
1122     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1123     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1124     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1125     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1126     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1127
1128     StateInfo st;
1129     const TTEntry* tte;
1130     Key posKey;
1131     Move ttMove, move, bestMove;
1132     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1133     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1134     Depth ttDepth;
1135
1136     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1137     if (PvNode)
1138         oldAlpha = alpha;
1139
1140     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1141     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1142
1143     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1144     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1145         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1146
1147     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152
1153     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1154     // pruning, but only for move ordering.
1155     posKey = pos.key();
1156     tte = TT.probe(posKey);
1157     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1158     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1159
1160     if (   tte
1161         && tte->depth() >= ttDepth
1162         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1163         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1164             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1165                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1166     {
1167         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1168         return ttValue;
1169     }
1170
1171     // Evaluate the position statically
1172     if (InCheck)
1173     {
1174         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1175         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1176         enoughMaterial = false;
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         else
1188             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1189
1190         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1191         if (bestValue >= beta)
1192         {
1193             if (!tte)
1194                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1195                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1196
1197             return bestValue;
1198         }
1199
1200         if (PvNode && bestValue > alpha)
1201             alpha = bestValue;
1202
1203         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1204         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1205     }
1206
1207     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1208     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1209     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1210     // be generated.
1211     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1212     CheckInfo ci(pos);
1213
1214     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1215     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1216     {
1217       assert(is_ok(move));
1218
1219       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1220
1221       // Futility pruning
1222       if (   !PvNode
1223           && !InCheck
1224           && !givesCheck
1225           &&  move != ttMove
1226           &&  enoughMaterial
1227           &&  type_of(move) != PROMOTION
1228           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1229       {
1230           futilityValue =  futilityBase
1231                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1232                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1233
1234           if (futilityValue < beta)
1235           {
1236               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1237               continue;
1238           }
1239
1240           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1241           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1242           if (   futilityBase < beta
1243               && depth < DEPTH_ZERO
1244               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1245           {
1246               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1247               continue;
1248           }
1249       }
1250
1251       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1252       evasionPrunable =   !PvNode
1253                        &&  InCheck
1254                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1255                        && !pos.is_capture(move)
1256                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1257
1258       // Don't search moves with negative SEE values
1259       if (   !PvNode
1260           && (!InCheck || evasionPrunable)
1261           &&  move != ttMove
1262           &&  type_of(move) != PROMOTION
1263           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1264           continue;
1265
1266       // Don't search useless checks
1267       if (   !PvNode
1268           && !InCheck
1269           &&  givesCheck
1270           &&  move != ttMove
1271           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1272           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1273           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1274           continue;
1275
1276       // Check for legality only before to do the move
1277       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1278           continue;
1279
1280       ss->currentMove = move;
1281
1282       // Make and search the move
1283       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1284       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1285                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1286       pos.undo_move(move);
1287
1288       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1289
1290       // Check for new best move
1291       if (value > bestValue)
1292       {
1293           bestValue = value;
1294
1295           if (value > alpha)
1296           {
1297               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1298               {
1299                   alpha = value;
1300                   bestMove = move;
1301               }
1302               else // Fail high
1303               {
1304                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1305                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1306
1307                   return value;
1308               }
1309           }
1310        }
1311     }
1312
1313     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1314     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1315     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1316         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1317
1318     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1319              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1320              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1321
1322     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1323
1324     return bestValue;
1325   }
1326
1327
1328   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1329   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1330   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1331
1332   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1333
1334     assert(v != VALUE_NONE);
1335
1336     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1337           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1338   }
1339
1340
1341   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1342   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1343   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1344
1345   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1346
1347     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1348           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1349           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1350   }
1351
1352
1353   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1354
1355   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1356   {
1357     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1358     Square from = from_sq(move);
1359     Square to = to_sq(move);
1360     Color them = ~pos.side_to_move();
1361     Square ksq = pos.king_square(them);
1362     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1363     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1364     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1365     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1366     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1367
1368     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1369     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1370         return true;
1371
1372     // Queen contact check is very dangerous
1373     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1374         return true;
1375
1376     // Creating new double threats with checks is dangerous
1377     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1378     while (b)
1379     {
1380         // Note that here we generate illegal "double move"!
1381         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1382             return true;
1383     }
1384
1385     return false;
1386   }
1387
1388
1389   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1390   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1391   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1392   // from a null search that fails low).
1393
1394   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1395
1396     assert(is_ok(first));
1397     assert(is_ok(second));
1398     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1399     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1400
1401     Square m1from = from_sq(first);
1402     Square m2from = from_sq(second);
1403     Square m1to = to_sq(first);
1404     Square m2to = to_sq(second);
1405
1406     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1407     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1408         return true;
1409
1410     // Second one moves through the square vacated by first one
1411     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1412       return true;
1413
1414     // Second's destination is defended by the first move's piece
1415     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1416     if (m1att & m2to)
1417         return true;
1418
1419     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1420     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1421     {
1422         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1423         return true;
1424     }
1425
1426     return false;
1427   }
1428
1429
1430   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1431   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1432   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1433
1434   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1435
1436     assert(is_ok(first));
1437     assert(is_ok(second));
1438
1439     Square m1from = from_sq(first);
1440     Square m2from = from_sq(second);
1441     Square m1to = to_sq(first);
1442     Square m2to = to_sq(second);
1443
1444     // Don't prune moves of the threatened piece
1445     if (m1from == m2to)
1446         return true;
1447
1448     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1449     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1450     if (    pos.is_capture(second)
1451         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1452             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1453     {
1454         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1455         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1456         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1457
1458         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1459         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1460             return true;
1461
1462         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1463         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1464                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1465
1466         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1467         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1468             return true;
1469     }
1470
1471     // Don't prune safe moves which block the threat path
1472     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1473         return true;
1474
1475     return false;
1476   }
1477
1478
1479   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1480   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1481
1482   Move Skill::pick_move() {
1483
1484     static RKISS rk;
1485
1486     // PRNG sequence should be not deterministic
1487     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1488         rk.rand<unsigned>();
1489
1490     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1491     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1492     int weakness = 120 - 2 * level;
1493     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1494     best = MOVE_NONE;
1495
1496     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1497     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1498     // then we choose the move with the resulting highest score.
1499     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1500     {
1501         int s = RootMoves[i].score;
1502
1503         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1504         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1505             break;
1506
1507         // This is our magic formula
1508         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1509               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1510
1511         if (s > max_s)
1512         {
1513             max_s = s;
1514             best = RootMoves[i].pv[0];
1515         }
1516     }
1517     return best;
1518   }
1519
1520
1521   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1522   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1523   // the previous search score.
1524
1525   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1526
1527     std::stringstream s;
1528     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1529     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1530     int selDepth = 0;
1531
1532     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1533         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1534             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1535
1536     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1537     {
1538         bool updated = (i <= PVIdx);
1539
1540         if (depth == 1 && !updated)
1541             continue;
1542
1543         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1544         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1545
1546         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1547             s << "\n";
1548
1549         s << "info depth " << d
1550           << " seldepth "  << selDepth
1551           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1552           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1553           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1554           << " time "      << elaspsed
1555           << " multipv "   << i + 1
1556           << " pv";
1557
1558         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1559             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1560     }
1561
1562     return s.str();
1563   }
1564
1565 } // namespace
1566
1567
1568 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1569 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1570 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1571 /// long PV to print that is important for position analysis.
1572
1573 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1574
1575   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1576   TTEntry* tte;
1577   int ply = 0;
1578   Move m = pv[0];
1579
1580   pv.clear();
1581
1582   do {
1583       pv.push_back(m);
1584
1585       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1586
1587       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1588       tte = TT.probe(pos.key());
1589
1590   } while (   tte
1591            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1592            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1593            && ply < MAX_PLY
1594            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1595
1596   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1597
1598   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1599 }
1600
1601
1602 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1603 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1604 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1605
1606 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1607
1608   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1609   TTEntry* tte;
1610   int ply = 0;
1611
1612   do {
1613       tte = TT.probe(pos.key());
1614
1615       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1616           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1617
1618       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1619
1620       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1621
1622   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1623
1624   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1625 }
1626
1627
1628 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1629
1630 void Thread::idle_loop() {
1631
1632   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1633   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1634   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1635
1636   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1637
1638   while (true)
1639   {
1640       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1641       // wasting CPU time polling for work.
1642       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1643       {
1644           if (exit)
1645           {
1646               assert(!this_sp);
1647               return;
1648           }
1649
1650           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1651           mutex.lock();
1652
1653           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1654           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1655           {
1656               mutex.unlock();
1657               break;
1658           }
1659
1660           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1661           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1662           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1663           // we had the chance to grab the lock.
1664           if (!searching && !exit)
1665               sleepCondition.wait(mutex);
1666
1667           mutex.unlock();
1668       }
1669
1670       // If this thread has been assigned work, launch a search
1671       if (searching)
1672       {
1673           assert(!exit);
1674
1675           Threads.mutex.lock();
1676
1677           assert(searching);
1678           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1679
1680           Threads.mutex.unlock();
1681
1682           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1683           Position pos(*sp->pos, this);
1684
1685           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1686           (ss+1)->splitPoint = sp;
1687
1688           sp->mutex.lock();
1689
1690           assert(activePosition == NULL);
1691
1692           activePosition = &pos;
1693
1694           switch (sp->nodeType) {
1695           case Root:
1696               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1697               break;
1698           case PV:
1699               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1700               break;
1701           case NonPV:
1702               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1703               break;
1704           default:
1705               assert(false);
1706           }
1707
1708           assert(searching);
1709
1710           searching = false;
1711           activePosition = NULL;
1712           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1713           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1714
1715           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1716           // in case we are the last slave of the split point.
1717           if (    Threads.sleepWhileIdle
1718               &&  this != sp->masterThread
1719               && !sp->slavesMask)
1720           {
1721               assert(!sp->masterThread->searching);
1722               sp->masterThread->notify_one();
1723           }
1724
1725           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1726           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1727           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1728           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1729           sp->mutex.unlock();
1730       }
1731
1732       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1733       // their work at this split point, return from the idle loop.
1734       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1735       {
1736           this_sp->mutex.lock();
1737           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1738           this_sp->mutex.unlock();
1739           if (finished)
1740               return;
1741       }
1742   }
1743 }
1744
1745
1746 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1747 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1748 /// available time and so stop the search.
1749
1750 void check_time() {
1751
1752   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1753   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1754
1755   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1756   {
1757       lastInfoTime = Time::now();
1758       dbg_print();
1759   }
1760
1761   if (Limits.ponder)
1762       return;
1763
1764   if (Limits.nodes)
1765   {
1766       Threads.mutex.lock();
1767
1768       nodes = RootPos.nodes_searched();
1769
1770       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1771       // all the currently active positions nodes.
1772       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1773           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1774           {
1775               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1776
1777               sp.mutex.lock();
1778
1779               nodes += sp.nodes;
1780               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1781               while (sm)
1782               {
1783                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1784                   if (pos)
1785                       nodes += pos->nodes_searched();
1786               }
1787
1788               sp.mutex.unlock();
1789           }
1790
1791       Threads.mutex.unlock();
1792   }
1793
1794   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1795   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1796                          && !Signals.failedLowAtRoot
1797                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1798
1799   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1800                    || stillAtFirstMove;
1801
1802   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1803       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1804       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1805       Signals.stop = true;
1806 }