]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
dcd4a5ed71c9a0da313343415a471205509238a0
[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         // Following asserts are valid only in single thread condition because
588         // TT access is always racy and its contents cannot be trusted.
589         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
590         assert(ttValue != VALUE_NONE || tte->type() == BOUND_NONE || Threads.size() > 1);
591
592         ss->staticEval = eval = tte->static_value();
593         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
594
595         if (eval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
596             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
597
598         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
599         if (ttValue != VALUE_NONE)
600             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
601                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
602                 eval = ttValue;
603     }
604     else
605     {
606         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
607         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
608                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
609     }
610
611     // Handling of UCI command 'mate in x moves'. We simply return if after
612     // 'x' moves we still have not checkmated the opponent.
613     if (PvNode && !RootNode && !inCheck && Limits.mate && ss->ply > 2 * Limits.mate)
614         return eval;
615
616     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
617     // evaluation before and after the move.
618     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
619         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
620         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
621         && !pos.captured_piece_type()
622         &&  type_of(move) == NORMAL)
623     {
624         Square to = to_sq(move);
625         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
626     }
627
628     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
629     if (   !PvNode
630         &&  depth < 4 * ONE_PLY
631         && !inCheck
632         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
633         &&  ttMove == MOVE_NONE
634         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
635         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
636     {
637         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
638         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
639         if (v < rbeta)
640             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
641             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
642             return v;
643     }
644
645     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
646     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
647     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
648     if (   !PvNode
649         && !ss->skipNullMove
650         &&  depth < 4 * ONE_PLY
651         && !inCheck
652         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
653         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
654         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
655         return eval - FutilityMargins[depth][0];
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<true>(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.do_null_move<false>(st);
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 < 6 * 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 extend moves that
705             // defend against threat.
706             threatMove = (ss+1)->currentMove;
707
708             if (   depth < 5 * ONE_PLY
709                 && (ss-1)->reduction
710                 && threatMove != MOVE_NONE
711                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
712                 threatExtension = true;
713         }
714     }
715
716     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
717     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
718     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
719     // prune the previous move.
720     if (   !PvNode
721         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
722         && !inCheck
723         && !ss->skipNullMove
724         &&  excludedMove == MOVE_NONE
725         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
726     {
727         Value rbeta = beta + 200;
728         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
729
730         assert(rdepth >= ONE_PLY);
731         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
732         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
733
734         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
735         CheckInfo ci(pos);
736
737         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
738             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
739             {
740                 ss->currentMove = move;
741                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
742                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
743                 pos.undo_move(move);
744                 if (value >= rbeta)
745                     return value;
746             }
747     }
748
749     // Step 10. Internal iterative deepening
750     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
751         && ttMove == MOVE_NONE
752         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
753     {
754         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
755
756         ss->skipNullMove = true;
757         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
758         ss->skipNullMove = false;
759
760         tte = TT.probe(posKey);
761         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
762     }
763
764 split_point_start: // At split points actual search starts from here
765
766     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
767     CheckInfo ci(pos);
768     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
769     singularExtensionNode =   !RootNode
770                            && !SpNode
771                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
772                            &&  ttMove != MOVE_NONE
773                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
774                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
775                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
776
777     // Step 11. Loop through moves
778     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
779     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
780     {
781       assert(is_ok(move));
782
783       if (move == excludedMove)
784           continue;
785
786       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
787       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
788       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
789       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
790           continue;
791
792       if (SpNode)
793       {
794           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
795           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
796               continue;
797
798           moveCount = ++sp->moveCount;
799           sp->mutex.unlock();
800       }
801       else
802           moveCount++;
803
804       if (RootNode)
805       {
806           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
807
808           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
809               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
810                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
811                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
812       }
813
814       ext = DEPTH_ZERO;
815       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
816       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
817       dangerous =   givesCheck
818                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
819                  || type_of(move) == CASTLE
820                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
821                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
822                      && type_of(move) == NORMAL
823                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
824                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
825
826       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
827       if (PvNode && dangerous)
828           ext = ONE_PLY;
829
830       else if (threatExtension && prevents_move(pos, move, threatMove))
831           ext = ONE_PLY;
832
833       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
834           ext = ONE_PLY / 2;
835
836       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
837       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
838       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
839       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
840       // a margin then we extend ttMove.
841       if (    singularExtensionNode
842           &&  move == ttMove
843           && !ext
844           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
845           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
846       {
847           assert(ttValue != VALUE_NONE);
848
849           Value rBeta = ttValue - int(depth);
850           ss->excludedMove = move;
851           ss->skipNullMove = true;
852           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
853           ss->skipNullMove = false;
854           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
855
856           if (value < rBeta)
857               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
858       }
859
860       // Update current move (this must be done after singular extension search)
861       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
862
863       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
864       if (   !PvNode
865           && !captureOrPromotion
866           && !inCheck
867           && !dangerous
868           &&  move != ttMove
869           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
870                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
871       {
872           // Move count based pruning
873           if (   depth < 16 * ONE_PLY
874               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
875               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
876           {
877               if (SpNode)
878                   sp->mutex.lock();
879
880               continue;
881           }
882
883           // Value based pruning
884           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
885           // but fixing this made program slightly weaker.
886           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
887           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
888                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
889
890           if (futilityValue < beta)
891           {
892               if (SpNode)
893                   sp->mutex.lock();
894
895               continue;
896           }
897
898           // Prune moves with negative SEE at low depths
899           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
900               && pos.see_sign(move) < 0)
901           {
902               if (SpNode)
903                   sp->mutex.lock();
904
905               continue;
906           }
907       }
908
909       // Check for legality only before to do the move
910       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
911       {
912           moveCount--;
913           continue;
914       }
915
916       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
917       ss->currentMove = move;
918       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
919           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
920
921       // Step 14. Make the move
922       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
923
924       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
925       // re-searched at full depth.
926       if (    depth > 3 * ONE_PLY
927           && !pvMove
928           && !captureOrPromotion
929           && !dangerous
930           &&  ss->killers[0] != move
931           &&  ss->killers[1] != move)
932       {
933           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
934           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
935           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
936
937           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
938
939           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
940           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
941       }
942       else
943           doFullDepthSearch = !pvMove;
944
945       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
946       if (doFullDepthSearch)
947       {
948           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
949           value = newDepth < ONE_PLY ?
950                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
951                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
952                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
953       }
954
955       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
956       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
957       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
958       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
959           value = newDepth < ONE_PLY ?
960                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
962                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
963       // Step 17. Undo move
964       pos.undo_move(move);
965
966       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
967
968       // Step 18. Check for new best move
969       if (SpNode)
970       {
971           sp->mutex.lock();
972           bestValue = sp->bestValue;
973           alpha = sp->alpha;
974       }
975
976       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
977       // was aborted because the user interrupted the search or because we
978       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
979       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
980       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
981           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
982
983       if (RootNode)
984       {
985           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
986
987           // PV move or new best move ?
988           if (pvMove || value > alpha)
989           {
990               rm.score = value;
991               rm.extract_pv_from_tt(pos);
992
993               // We record how often the best move has been changed in each
994               // iteration. This information is used for time management: When
995               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
996               if (!pvMove)
997                   BestMoveChanges++;
998           }
999           else
1000               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1001               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1002               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1003               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1004       }
1005
1006       if (value > bestValue)
1007       {
1008           bestValue = value;
1009           if (SpNode) sp->bestValue = value;
1010
1011           if (value > alpha)
1012           {
1013               bestMove = move;
1014               if (SpNode) sp->bestMove = move;
1015
1016               if (PvNode && value < beta)
1017               {
1018                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1019                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1020               }
1021               else
1022               {
1023                   assert(value >= beta); // Fail high
1024
1025                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1026                   break;
1027               }
1028           }
1029       }
1030
1031       // Step 19. Check for splitting the search
1032       if (   !SpNode
1033           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1034           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1035       {
1036           assert(bestValue < beta);
1037
1038           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1039                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1040           if (bestValue >= beta)
1041               break;
1042       }
1043     }
1044
1045     if (SpNode)
1046         return bestValue;
1047
1048     // Step 20. Check for mate and stalemate
1049     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1050     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1051     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1052     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1053     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1054     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1055     if (!moveCount)
1056         return  excludedMove ? alpha
1057               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1058
1059     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1060     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1061     {
1062         assert(!playedMoveCount);
1063
1064         bestValue = alpha;
1065     }
1066
1067     if (bestValue >= beta) // Failed high
1068     {
1069         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1070                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1071
1072         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1073         {
1074             if (bestMove != ss->killers[0])
1075             {
1076                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1077                 ss->killers[0] = bestMove;
1078             }
1079
1080             // Increase history value of the cut-off move
1081             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1082             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1083
1084             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1085             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1086             {
1087                 Move m = movesSearched[i];
1088                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1089             }
1090         }
1091     }
1092     else // Failed low or PV search
1093         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1094                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1095                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1096
1097     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1098
1099     return bestValue;
1100   }
1101
1102
1103   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1104   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1105   // less than ONE_PLY).
1106
1107   template <NodeType NT, bool InCheck>
1108   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1109
1110     const bool PvNode = (NT == PV);
1111
1112     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1113     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1114     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1115     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1116     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1117
1118     StateInfo st;
1119     const TTEntry* tte;
1120     Key posKey;
1121     Move ttMove, move, bestMove;
1122     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1123     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable, fromNull;
1124     Depth ttDepth;
1125
1126     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1127     if (PvNode)
1128         oldAlpha = alpha;
1129
1130     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1131     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1132     fromNull = (ss-1)->currentMove == MOVE_NULL;
1133
1134     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1135     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1136         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1137
1138     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1139     // pruning, but only for move ordering.
1140     posKey = pos.key();
1141     tte = TT.probe(posKey);
1142     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1143     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1144
1145     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1146     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1147     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1148     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1149                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1150     if (   tte
1151         && tte->depth() >= ttDepth
1152         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1153         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1154             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1155                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1156     {
1157         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1158         return ttValue;
1159     }
1160
1161     // Evaluate the position statically
1162     if (InCheck)
1163     {
1164         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1165         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1166         enoughMaterial = false;
1167     }
1168     else
1169     {
1170         if (fromNull)
1171         {
1172             // Approximated score. Real one is slightly higher due to tempo
1173             ss->staticEval = bestValue = -(ss-1)->staticEval;
1174             ss->evalMargin = VALUE_ZERO;
1175         }
1176         else if (tte)
1177         {
1178             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
1179
1180             ss->staticEval = bestValue = tte->static_value();
1181             ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
1182
1183             if (ss->staticEval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
1184                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1185         }
1186         else
1187             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1188
1189         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1190         if (bestValue >= beta)
1191         {
1192             if (!tte)
1193                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1194                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1195
1196             return bestValue;
1197         }
1198
1199         if (PvNode && bestValue > alpha)
1200             alpha = bestValue;
1201
1202         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1203         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1204     }
1205
1206     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1207     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1208     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1209     // be generated.
1210     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1211     CheckInfo ci(pos);
1212
1213     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1214     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1215     {
1216       assert(is_ok(move));
1217
1218       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1219
1220       // Futility pruning
1221       if (   !PvNode
1222           && !InCheck
1223           && !fromNull
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
1241           if (   futilityBase < beta
1242               && depth < DEPTH_ZERO
1243               && pos.see(move) <= 0)
1244           {
1245               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1246               continue;
1247           }
1248       }
1249
1250       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1251       evasionPrunable =   !PvNode
1252                        &&  InCheck
1253                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1254                        && !pos.is_capture(move)
1255                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1256
1257       // Don't search moves with negative SEE values
1258       if (   !PvNode
1259           && (!InCheck || evasionPrunable)
1260           &&  move != ttMove
1261           &&  type_of(move) != PROMOTION
1262           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1263           continue;
1264
1265       // Don't search useless checks
1266       if (   !PvNode
1267           && !InCheck
1268           &&  givesCheck
1269           &&  move != ttMove
1270           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1271           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1272           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1273           continue;
1274
1275       // Check for legality only before to do the move
1276       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1277           continue;
1278
1279       ss->currentMove = move;
1280
1281       // Make and search the move
1282       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1283       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1284                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1285       pos.undo_move(move);
1286
1287       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1288
1289       // Check for new best move
1290       if (value > bestValue)
1291       {
1292           bestValue = value;
1293
1294           if (value > alpha)
1295           {
1296               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1297               {
1298                   alpha = value;
1299                   bestMove = move;
1300               }
1301               else // Fail high
1302               {
1303                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1304                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1305
1306                   return value;
1307               }
1308           }
1309        }
1310     }
1311
1312     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1313     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1314     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1315         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1316
1317     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1318              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1319              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1320
1321     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1322
1323     return bestValue;
1324   }
1325
1326
1327   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1328   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1329   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1330
1331   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1332
1333     assert(v != VALUE_NONE);
1334
1335     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1336           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1337   }
1338
1339
1340   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1341   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1342   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1343
1344   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1345
1346     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1347           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1348           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1349   }
1350
1351
1352   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1353
1354   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1355   {
1356     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1357     Square from = from_sq(move);
1358     Square to = to_sq(move);
1359     Color them = ~pos.side_to_move();
1360     Square ksq = pos.king_square(them);
1361     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1362     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1363     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1364     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1365     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1366
1367     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1368     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1369         return true;
1370
1371     // Queen contact check is very dangerous
1372     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1373         return true;
1374
1375     // Creating new double threats with checks is dangerous
1376     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1377     while (b)
1378     {
1379         // Note that here we generate illegal "double move"!
1380         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1381             return true;
1382     }
1383
1384     return false;
1385   }
1386
1387
1388   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1389   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1390   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1391   // from a null search that fails low).
1392
1393   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1394
1395     assert(is_ok(first));
1396     assert(is_ok(second));
1397     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1398     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1399
1400     Square m1from = from_sq(first);
1401     Square m2from = from_sq(second);
1402     Square m1to = to_sq(first);
1403     Square m2to = to_sq(second);
1404
1405     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1406     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1407         return true;
1408
1409     // Second one moves through the square vacated by first one
1410     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1411       return true;
1412
1413     // Second's destination is defended by the first move's piece
1414     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1415     if (m1att & m2to)
1416         return true;
1417
1418     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1419     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1420     {
1421         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1422         return true;
1423     }
1424
1425     return false;
1426   }
1427
1428
1429   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1430   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1431   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1432   // that fails low).
1433
1434   bool prevents_move(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<true, true>() || 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 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1633   // object for which the thread is the master.
1634   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1635
1636   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1637
1638   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1639   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1640   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1641   {
1642       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1643       // instead of wasting CPU time polling for work.
1644       while (   do_sleep
1645              || do_exit
1646              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1647       {
1648           if (do_exit)
1649           {
1650               assert(!sp_master);
1651               return;
1652           }
1653
1654           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1655           mutex.lock();
1656
1657           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1658           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1659           {
1660               mutex.unlock();
1661               break;
1662           }
1663
1664           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1665           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1666           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1667           // had the chance to grab the lock.
1668           if (do_sleep || !is_searching)
1669               sleepCondition.wait(mutex);
1670
1671           mutex.unlock();
1672       }
1673
1674       // If this thread has been assigned work, launch a search
1675       if (is_searching)
1676       {
1677           assert(!do_sleep && !do_exit);
1678
1679           Threads.mutex.lock();
1680
1681           assert(is_searching);
1682           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1683
1684           Threads.mutex.unlock();
1685
1686           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1687           Position pos(*sp->pos, this);
1688
1689           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1690           (ss+1)->sp = sp;
1691
1692           sp->mutex.lock();
1693
1694           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1695
1696           sp->activePositions[idx] = &pos;
1697
1698           if (sp->nodeType == Root)
1699               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1700           else if (sp->nodeType == PV)
1701               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1702           else if (sp->nodeType == NonPV)
1703               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1704           else
1705               assert(false);
1706
1707           assert(is_searching);
1708
1709           is_searching = false;
1710           sp->activePositions[idx] = NULL;
1711           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1712           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1713
1714           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1715           // case we are the last slave of the split point.
1716           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1717               &&  this != sp->master
1718               && !sp->slavesMask)
1719           {
1720               assert(!sp->master->is_searching);
1721               sp->master->wake_up();
1722           }
1723
1724           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1725           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1726           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1727           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1728           sp->mutex.unlock();
1729       }
1730   }
1731 }
1732
1733
1734 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1735 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1736 /// available time and so stop the search.
1737
1738 void check_time() {
1739
1740   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1741   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1742
1743   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1744   {
1745       lastInfoTime = Time::now();
1746       dbg_print();
1747   }
1748
1749   if (Limits.ponder)
1750       return;
1751
1752   if (Limits.nodes)
1753   {
1754       Threads.mutex.lock();
1755
1756       nodes = RootPos.nodes_searched();
1757
1758       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1759       // all the currently active slaves positions.
1760       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1761           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1762           {
1763               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1764
1765               sp.mutex.lock();
1766
1767               nodes += sp.nodes;
1768               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1769               while (sm)
1770               {
1771                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1772                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1773               }
1774
1775               sp.mutex.unlock();
1776           }
1777
1778       Threads.mutex.unlock();
1779   }
1780
1781   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1782   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1783                          && !Signals.failedLowAtRoot
1784                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1785
1786   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1787                    || stillAtFirstMove;
1788
1789   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1790       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1791       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1792       Signals.stop = true;
1793 }