Time management: move faster if PV is stable
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   float BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   HistoryStats History;
90   GainsStats Gains;
91   CountermovesStats Countermoves;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141
142       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
143       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
144
145       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
146           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
147   }
148
149   // Init futility margins array
150   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
151       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
152
153   // Init futility move count array
154   for (d = 0; d < 32; d++)
155   {
156       FutilityMoveCounts[0][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d       ), 1.8)) * (d < 5 ? 4 : 3) / 4;
157       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d + 0.98), 1.8));
158   }
159 }
160
161
162 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
163 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
164
165 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
166
167   StateInfo st;
168   size_t cnt = 0;
169   CheckInfo ci(pos);
170   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
171
172   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
173   {
174       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
175       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
176       pos.undo_move(*it);
177   }
178   return cnt;
179 }
180
181 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
182   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
183 }
184
185 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
186 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
187 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
188
189 void Search::think() {
190
191   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
192
193   RootColor = RootPos.side_to_move();
194   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
195
196   if (RootMoves.empty())
197   {
198       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
199       sync_cout << "info depth 0 score "
200                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
201                 << sync_endl;
202
203       goto finalize;
204   }
205
206   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
207   {
208       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
209
210       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
211       {
212           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
213           goto finalize;
214       }
215   }
216
217   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
218   {
219       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
220       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
221       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
222       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
223   }
224   else
225       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
226
227   if (Options["Write Search Log"])
228   {
229       Log log(Options["Search Log Filename"]);
230       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
231           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
232           << " ponder: "      << Limits.ponder
233           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
234           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
235           << " moves to go: " << Limits.movestogo
236           << std::endl;
237   }
238
239   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
240   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
241       Threads[i]->maxPly = 0;
242
243   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
244
245   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
246   // used to check for remaining available thinking time.
247   Threads.timer->msec =
248   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
249                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
250                                : 100;
251
252   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
253
254   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
255
256   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
257   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
258
259   if (Options["Write Search Log"])
260   {
261       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
262
263       Log log(Options["Search Log Filename"]);
264       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
265           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
266           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
267
268       StateInfo st;
269       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
270       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
271       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
272   }
273
274 finalize:
275
276   // When search is stopped this info is not printed
277   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
278             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
279
280   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
281   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
282   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
283   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
284   // raise Signals.stop).
285   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
286   {
287       Signals.stopOnPonderhit = true;
288       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
289   }
290
291   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
292   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
293             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
294             << sync_endl;
295 }
296
297
298 namespace {
299
300   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
301   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
302   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
303
304   void id_loop(Position& pos) {
305
306     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
307     int depth;
308     Value bestValue, alpha, beta, delta;
309
310     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
311     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
312
313     depth = 0;
314     BestMoveChanges = 0;
315     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
316     beta = VALUE_INFINITE;
317
318     TT.new_search();
319     History.clear();
320     Gains.clear();
321     Countermoves.clear();
322
323     PVSize = Options["MultiPV"];
324     Skill skill(Options["Skill Level"]);
325
326     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
327     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
328     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
329         PVSize = 4;
330
331     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
332
333     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
334     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
335     {
336         // Age out PV variability metric
337         BestMoveChanges *= 0.8;
338
339         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
340         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
341         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
342             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
343
344         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
345         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
346         {
347             // Reset aspiration window starting size
348             if (depth >= 5)
349             {
350                 delta = Value(16);
351                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
352                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
353             }
354
355             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
356             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
357             while (true)
358             {
359                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
360
361                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
362                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
363                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
364                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
365                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
366                 // the already searched PV lines are preserved.
367                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
368
369                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
370                 // entries have been overwritten during the search.
371                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
372                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
373
374                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
375                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
376                 // valid, although refers to previous iteration.
377                 if (Signals.stop)
378                     return;
379
380                 // When failing high/low give some update (without cluttering
381                 // the UI) before to research.
382                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
383                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
384                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
385
386                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
387                 // research, otherwise exit the loop.
388                 if (bestValue <= alpha)
389                 {
390                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
391
392                     Signals.failedLowAtRoot = true;
393                     Signals.stopOnPonderhit = false;
394                 }
395                 else if (bestValue >= beta)
396                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
397
398                 else
399                     break;
400
401                 delta += delta / 2;
402
403                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404             }
405
406             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
410                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411         }
412
413         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
414         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
415             skill.pick_move();
416
417         if (Options["Write Search Log"])
418         {
419             RootMove& rm = RootMoves[0];
420             if (skill.best != MOVE_NONE)
421                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
422
423             Log log(Options["Search Log Filename"]);
424             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
425                 << std::endl;
426         }
427
428         // Do we have found a "mate in x"?
429         if (   Limits.mate
430             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
431             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
432             Signals.stop = true;
433
434         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
435         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
436         {
437             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
438
439             // Take in account some extra time if the best move has changed
440             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
441                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
442
443             // Stop search if most of available time is already consumed. We
444             // probably don't have enough time to search the first move at the
445             // next iteration anyway.
446             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
447                 stop = true;
448
449             // Stop search early if one move seems to be much better than others
450             if (    depth >= 12
451                 && !stop
452                 &&  PVSize == 1
453                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
454                 && (   RootMoves.size() == 1
455                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
456             {
457                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
458                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
459                 ss->skipNullMove = true;
460                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
461                 ss->skipNullMove = false;
462                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
463
464                 if (v < rBeta)
465                     stop = true;
466             }
467
468             if (stop)
469             {
470                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
471                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
472                 if (Limits.ponder)
473                     Signals.stopOnPonderhit = true;
474                 else
475                     Signals.stop = true;
476             }
477         }
478     }
479   }
480
481
482   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
483   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
484   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
485   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
486   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
487   // here: This is taken care of after we return from the split point.
488
489   template <NodeType NT>
490   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
491
492     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
493     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
494     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
495
496     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
497     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
498     assert(depth > DEPTH_ZERO);
499
500     Move quietsSearched[64];
501     StateInfo st;
502     const TTEntry *tte;
503     SplitPoint* splitPoint;
504     Key posKey;
505     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
506     Depth ext, newDepth;
507     Value bestValue, value, ttValue;
508     Value eval, nullValue, futilityValue;
509     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
510     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
511     int moveCount, quietCount;
512
513     // Step 1. Initialize node
514     Thread* thisThread = pos.this_thread();
515     inCheck = pos.checkers();
516
517     if (SpNode)
518     {
519         splitPoint = ss->splitPoint;
520         bestMove   = splitPoint->bestMove;
521         threatMove = splitPoint->threatMove;
522         bestValue  = splitPoint->bestValue;
523         tte = NULL;
524         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
525         ttValue = VALUE_NONE;
526
527         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
528
529         goto moves_loop;
530     }
531
532     moveCount = quietCount = 0;
533     bestValue = -VALUE_INFINITE;
534     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
535     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
536     ss->futilityMoveCount = 0;
537     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
538     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
539
540     // Used to send selDepth info to GUI
541     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
542         thisThread->maxPly = ss->ply;
543
544     if (!RootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
548             return DrawValue[pos.side_to_move()];
549
550         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
551         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
552         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
553         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
554         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
555         // in this case return a fail-high score.
556         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
557         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
558         if (alpha >= beta)
559             return alpha;
560     }
561
562     // Step 4. Transposition table lookup
563     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
564     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
565     excludedMove = ss->excludedMove;
566     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
567     tte = TT.probe(posKey);
568     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
569     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
570
571     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
572     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
573     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
574     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
575     if (   !RootNode
576         && tte
577         && tte->depth() >= depth
578         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
579         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
580             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
581                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
582     {
583         TT.refresh(tte);
584         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
585
586         if (    ttValue >= beta
587             &&  ttMove
588             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
589             &&  ttMove != ss->killers[0])
590         {
591             ss->killers[1] = ss->killers[0];
592             ss->killers[0] = ttMove;
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
598     if (inCheck)
599     {
600         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
601         goto moves_loop;
602     }
603
604     else if (tte)
605     {
606         // Never assume anything on values stored in TT
607         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
608             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
609             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
610
611         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
612         if (ttValue != VALUE_NONE)
613             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
614                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
615                 eval = ttValue;
616     }
617     else
618     {
619         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
620         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
621                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
622     }
623
624     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
625     // evaluation before and after the move.
626     if (   !pos.captured_piece_type()
627         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
628         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
629         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
630         &&  type_of(move) == NORMAL)
631     {
632         Square to = to_sq(move);
633         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
634     }
635
636     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
637     if (   !PvNode
638         &&  depth < 4 * ONE_PLY
639         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
640         &&  ttMove == MOVE_NONE
641         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
642         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
643     {
644         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
645         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
646         if (v < rbeta)
647             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
648             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
649             return v;
650     }
651
652     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
653     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
654     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
655     if (   !PvNode
656         && !ss->skipNullMove
657         &&  depth < 4 * ONE_PLY
658         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
660         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
661         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
662         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
663
664     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
665     if (   !PvNode
666         && !ss->skipNullMove
667         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
668         &&  eval >= beta
669         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
670         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
671     {
672         ss->currentMove = MOVE_NULL;
673
674         // Null move dynamic reduction based on depth
675         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
676
677         // Null move dynamic reduction based on value
678         if (eval - PawnValueMg > beta)
679             R += ONE_PLY;
680
681         pos.do_null_move(st);
682         (ss+1)->skipNullMove = true;
683         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
684                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
685         (ss+1)->skipNullMove = false;
686         pos.undo_null_move();
687
688         if (nullValue >= beta)
689         {
690             // Do not return unproven mate scores
691             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
692                 nullValue = beta;
693
694             if (depth < 12 * ONE_PLY)
695                 return nullValue;
696
697             // Do verification search at high depths
698             ss->skipNullMove = true;
699             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
700             ss->skipNullMove = false;
701
702             if (v >= beta)
703                 return nullValue;
704         }
705         else
706         {
707             // The null move failed low, which means that we may be faced with
708             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
709             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
710             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
711             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
712             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
713             threatMove = (ss+1)->currentMove;
714
715             if (   depth < 5 * ONE_PLY
716                 && (ss-1)->reduction
717                 && threatMove != MOVE_NONE
718                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
719                 return alpha;
720         }
721     }
722
723     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
724     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
725     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
726     // prune the previous move.
727     if (   !PvNode
728         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
729         && !ss->skipNullMove
730         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
731     {
732         Value rbeta = beta + 200;
733         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
734
735         assert(rdepth >= ONE_PLY);
736         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
738
739         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
740         CheckInfo ci(pos);
741
742         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
743             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
744             {
745                 ss->currentMove = move;
746                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
747                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
748                 pos.undo_move(move);
749                 if (value >= rbeta)
750                     return value;
751             }
752     }
753
754     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
755     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
756         && ttMove == MOVE_NONE
757         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
758     {
759         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
760
761         ss->skipNullMove = true;
762         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
763         ss->skipNullMove = false;
764
765         tte = TT.probe(posKey);
766         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
767     }
768
769 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
770
771     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
772     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
773                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
774
775     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
776     CheckInfo ci(pos);
777     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
778     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
779                || ss->staticEval == VALUE_NONE
780                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
781
782     singularExtensionNode =   !RootNode
783                            && !SpNode
784                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
785                            &&  ttMove != MOVE_NONE
786                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
787                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
788                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
789
790     // Step 11. Loop through moves
791     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
792     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
793     {
794       assert(is_ok(move));
795
796       if (move == excludedMove)
797           continue;
798
799       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
800       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
801       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
802       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
803           continue;
804
805       if (SpNode)
806       {
807           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
808           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
809               continue;
810
811           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
812           splitPoint->mutex.unlock();
813       }
814       else
815           moveCount++;
816
817       if (RootNode)
818       {
819           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
820
821           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
822               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
823                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
824                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
825       }
826
827       ext = DEPTH_ZERO;
828       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
829       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
830       dangerous =   givesCheck
831                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
832                  || type_of(move) == CASTLE;
833
834       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
835       if (PvNode && dangerous)
836           ext = ONE_PLY;
837
838       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
839           ext = ONE_PLY / 2;
840
841       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
842       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
843       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
844       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
845       // a margin then we extend ttMove.
846       if (    singularExtensionNode
847           &&  move == ttMove
848           && !ext
849           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
850           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
851       {
852           assert(ttValue != VALUE_NONE);
853
854           Value rBeta = ttValue - int(depth);
855           ss->excludedMove = move;
856           ss->skipNullMove = true;
857           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
858           ss->skipNullMove = false;
859           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
860
861           if (value < rBeta)
862               ext = ONE_PLY;
863       }
864
865       // Update current move (this must be done after singular extension search)
866       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
867
868       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
869       if (   !PvNode
870           && !captureOrPromotion
871           && !inCheck
872           && !dangerous
873        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
874           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
875       {
876           // Move count based pruning
877           if (   depth < 16 * ONE_PLY
878               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
879               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
880           {
881               if (SpNode)
882                   splitPoint->mutex.lock();
883
884               continue;
885           }
886
887           // Value based pruning
888           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
889           // but fixing this made program slightly weaker.
890           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
891           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
892                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
893
894           if (futilityValue < beta)
895           {
896               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
897
898               if (SpNode)
899               {
900                   splitPoint->mutex.lock();
901                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
902                       splitPoint->bestValue = bestValue;
903               }
904               continue;
905           }
906
907           // Prune moves with negative SEE at low depths
908           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
909               && pos.see_sign(move) < 0)
910           {
911               if (SpNode)
912                   splitPoint->mutex.lock();
913
914               continue;
915           }
916
917           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
918           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
919           ss->futilityMoveCount = moveCount;
920       }
921       else
922           ss->futilityMoveCount = 0;
923
924       // Check for legality only before to do the move
925       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
926       {
927           moveCount--;
928           continue;
929       }
930
931       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
932       ss->currentMove = move;
933       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
934           quietsSearched[quietCount++] = move;
935
936       // Step 14. Make the move
937       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
938
939       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
940       // re-searched at full depth.
941       if (    depth > 3 * ONE_PLY
942           && !pvMove
943           && !captureOrPromotion
944           && !dangerous
945           &&  move != ttMove
946           &&  move != ss->killers[0]
947           &&  move != ss->killers[1])
948       {
949           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
950
951           if (!PvNode && cutNode)
952               ss->reduction += ONE_PLY;
953
954           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
955               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
956
957           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
958           if (SpNode)
959               alpha = splitPoint->alpha;
960
961           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
962
963           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
964           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
965       }
966       else
967           doFullDepthSearch = !pvMove;
968
969       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
970       if (doFullDepthSearch)
971       {
972           if (SpNode)
973               alpha = splitPoint->alpha;
974
975           value = newDepth < ONE_PLY ?
976                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
978                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
979       }
980
981       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
982       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
983       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
984       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
985           value = newDepth < ONE_PLY ?
986                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
987                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
988                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
989       // Step 17. Undo move
990       pos.undo_move(move);
991
992       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
993
994       // Step 18. Check for new best move
995       if (SpNode)
996       {
997           splitPoint->mutex.lock();
998           bestValue = splitPoint->bestValue;
999           alpha = splitPoint->alpha;
1000       }
1001
1002       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1003       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1004       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1005       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1006       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1007           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
1008
1009       if (RootNode)
1010       {
1011           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1012
1013           // PV move or new best move ?
1014           if (pvMove || value > alpha)
1015           {
1016               rm.score = value;
1017               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1018
1019               // We record how often the best move has been changed in each
1020               // iteration. This information is used for time management: When
1021               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1022               if (!pvMove)
1023                   BestMoveChanges++;
1024           }
1025           else
1026               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1027               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1028               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1029               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1030       }
1031
1032       if (value > bestValue)
1033       {
1034           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1035
1036           if (value > alpha)
1037           {
1038               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1039
1040               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1041                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1042               else
1043               {
1044                   assert(value >= beta); // Fail high
1045
1046                   if (SpNode)
1047                       splitPoint->cutoff = true;
1048
1049                   break;
1050               }
1051           }
1052       }
1053
1054       // Step 19. Check for splitting the search
1055       if (   !SpNode
1056           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1057           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1058           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1059       {
1060           assert(bestValue < beta);
1061
1062           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1063                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1064           if (bestValue >= beta)
1065               break;
1066       }
1067     }
1068
1069     if (SpNode)
1070         return bestValue;
1071
1072     // Step 20. Check for mate and stalemate
1073     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1074     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1075     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1076     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1077     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1078     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1079     if (!moveCount)
1080         return  excludedMove ? alpha
1081               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1082
1083     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1084     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1085         bestValue = alpha;
1086
1087     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1088              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1089              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1090              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1091
1092     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1093     if (    bestValue >= beta
1094         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1095         && !inCheck)
1096     {
1097         if (ss->killers[0] != bestMove)
1098         {
1099             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1100             ss->killers[0] = bestMove;
1101         }
1102
1103         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1104         // played non-capture moves.
1105         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1106         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1107         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1108         {
1109             Move m = quietsSearched[i];
1110             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1111         }
1112
1113         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1114             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1115     }
1116
1117     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1118
1119     return bestValue;
1120   }
1121
1122
1123   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1124   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1125   // less than ONE_PLY).
1126
1127   template <NodeType NT, bool InCheck>
1128   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1129
1130     const bool PvNode = (NT == PV);
1131
1132     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1133     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1134     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1135     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1136     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1137
1138     StateInfo st;
1139     const TTEntry* tte;
1140     Key posKey;
1141     Move ttMove, move, bestMove;
1142     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1143     bool givesCheck, evasionPrunable;
1144     Depth ttDepth;
1145
1146     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1147     if (PvNode)
1148         oldAlpha = alpha;
1149
1150     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1151     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1152
1153     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1154     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1155         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1156
1157     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1158     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1159     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1160     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1161                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1162
1163     // Transposition table lookup
1164     posKey = pos.key();
1165     tte = TT.probe(posKey);
1166     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1167     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1168
1169     if (   tte
1170         && tte->depth() >= ttDepth
1171         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1172         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1173             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1174                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1175     {
1176         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1177         return ttValue;
1178     }
1179
1180     // Evaluate the position statically
1181     if (InCheck)
1182     {
1183         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1184         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1185     }
1186     else
1187     {
1188         if (tte)
1189         {
1190             // Never assume anything on values stored in TT
1191             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1192                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1193                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1194         }
1195         else
1196             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1197
1198         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1199         if (bestValue >= beta)
1200         {
1201             if (!tte)
1202                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1203                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1204
1205             return bestValue;
1206         }
1207
1208         if (PvNode && bestValue > alpha)
1209             alpha = bestValue;
1210
1211         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1212     }
1213
1214     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1215     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1216     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1217     // be generated.
1218     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1219     CheckInfo ci(pos);
1220
1221     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1222     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1223     {
1224       assert(is_ok(move));
1225
1226       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1227
1228       // Futility pruning
1229       if (   !PvNode
1230           && !InCheck
1231           && !givesCheck
1232           &&  move != ttMove
1233           &&  type_of(move) != PROMOTION
1234           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1235           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1236       {
1237           futilityValue =  futilityBase
1238                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1239                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1240
1241           if (futilityValue < beta)
1242           {
1243               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1244               continue;
1245           }
1246
1247           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1248           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1249           if (   futilityBase < beta
1250               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1251           {
1252               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1253               continue;
1254           }
1255       }
1256
1257       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1258       evasionPrunable =    InCheck
1259                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1260                        && !pos.is_capture(move)
1261                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1262
1263       // Don't search moves with negative SEE values
1264       if (   !PvNode
1265           && (!InCheck || evasionPrunable)
1266           &&  move != ttMove
1267           &&  type_of(move) != PROMOTION
1268           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1269           continue;
1270
1271       // Don't search useless checks
1272       if (   !PvNode
1273           && !InCheck
1274           &&  givesCheck
1275           &&  move != ttMove
1276           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1277           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1278           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1279           continue;
1280
1281       // Check for legality only before to do the move
1282       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1283           continue;
1284
1285       ss->currentMove = move;
1286
1287       // Make and search the move
1288       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1289       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1290                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1291       pos.undo_move(move);
1292
1293       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1294
1295       // Check for new best move
1296       if (value > bestValue)
1297       {
1298           bestValue = value;
1299
1300           if (value > alpha)
1301           {
1302               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1303               {
1304                   alpha = value;
1305                   bestMove = move;
1306               }
1307               else // Fail high
1308               {
1309                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1310                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1311
1312                   return value;
1313               }
1314           }
1315        }
1316     }
1317
1318     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1319     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1320     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1321         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1322
1323     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1324              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1325              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1326
1327     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1328
1329     return bestValue;
1330   }
1331
1332
1333   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1334   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1335   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1336
1337   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1338
1339     assert(v != VALUE_NONE);
1340
1341     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1342           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1343   }
1344
1345
1346   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1347   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1348   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1349
1350   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1351
1352     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1353           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1354           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1355   }
1356
1357
1358   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1359
1360   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1361   {
1362     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1363     Square from = from_sq(move);
1364     Square to = to_sq(move);
1365     Color them = ~pos.side_to_move();
1366     Square ksq = pos.king_square(them);
1367     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1368     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1369     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1370     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1371     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1372
1373     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1374     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1375         return true;
1376
1377     // Queen contact check is very dangerous
1378     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1379         return true;
1380
1381     // Creating new double threats with checks is dangerous
1382     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1383     while (b)
1384     {
1385         // Note that here we generate illegal "double move"!
1386         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1387             return true;
1388     }
1389
1390     return false;
1391   }
1392
1393
1394   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1395   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1396   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1397   // from a null search that fails low).
1398
1399   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1400
1401     assert(is_ok(first));
1402     assert(is_ok(second));
1403     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1404     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1405
1406     Square m1from = from_sq(first);
1407     Square m2from = from_sq(second);
1408     Square m1to = to_sq(first);
1409     Square m2to = to_sq(second);
1410
1411     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1412     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1413         return true;
1414
1415     // Second one moves through the square vacated by first one
1416     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1417       return true;
1418
1419     // Second's destination is defended by the first move's piece
1420     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1421     if (m1att & m2to)
1422         return true;
1423
1424     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1425     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1426     {
1427         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1428         return true;
1429     }
1430
1431     return false;
1432   }
1433
1434
1435   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1436   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1437   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1438
1439   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1440
1441     assert(is_ok(first));
1442     assert(is_ok(second));
1443
1444     Square m1from = from_sq(first);
1445     Square m2from = from_sq(second);
1446     Square m1to = to_sq(first);
1447     Square m2to = to_sq(second);
1448
1449     // Don't prune moves of the threatened piece
1450     if (m1from == m2to)
1451         return true;
1452
1453     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1454     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1455     if (    pos.is_capture(second)
1456         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1457             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1458     {
1459         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1460         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1461         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1462
1463         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1464         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1465             return true;
1466
1467         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1468         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1469                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1470
1471         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1472         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1473             return true;
1474     }
1475
1476     // Don't prune safe moves which block the threat path
1477     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1478         return true;
1479
1480     return false;
1481   }
1482
1483
1484   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1485   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1486
1487   Move Skill::pick_move() {
1488
1489     static RKISS rk;
1490
1491     // PRNG sequence should be not deterministic
1492     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1493         rk.rand<unsigned>();
1494
1495     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1496     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1497     int weakness = 120 - 2 * level;
1498     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1499     best = MOVE_NONE;
1500
1501     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1502     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1503     // then we choose the move with the resulting highest score.
1504     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1505     {
1506         int s = RootMoves[i].score;
1507
1508         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1509         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1510             break;
1511
1512         // This is our magic formula
1513         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1514               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1515
1516         if (s > max_s)
1517         {
1518             max_s = s;
1519             best = RootMoves[i].pv[0];
1520         }
1521     }
1522     return best;
1523   }
1524
1525
1526   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1527   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1528   // the previous search score.
1529
1530   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1531
1532     std::stringstream s;
1533     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1534     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1535     int selDepth = 0;
1536
1537     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1538         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1539             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1540
1541     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1542     {
1543         bool updated = (i <= PVIdx);
1544
1545         if (depth == 1 && !updated)
1546             continue;
1547
1548         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1549         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1550
1551         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1552             s << "\n";
1553
1554         s << "info depth " << d
1555           << " seldepth "  << selDepth
1556           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1557           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1558           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1559           << " time "      << elapsed
1560           << " multipv "   << i + 1
1561           << " pv";
1562
1563         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1564             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1565     }
1566
1567     return s.str();
1568   }
1569
1570 } // namespace
1571
1572
1573 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1574 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1575 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1576 /// long PV to print that is important for position analysis.
1577
1578 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1579
1580   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1581   const TTEntry* tte;
1582   int ply = 0;
1583   Move m = pv[0];
1584
1585   pv.clear();
1586
1587   do {
1588       pv.push_back(m);
1589
1590       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1591
1592       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1593       tte = TT.probe(pos.key());
1594
1595   } while (   tte
1596            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1597            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1598            && ply < MAX_PLY
1599            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1600
1601   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1602
1603   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1604 }
1605
1606
1607 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1608 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1609 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1610
1611 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1612
1613   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1614   const TTEntry* tte;
1615   int ply = 0;
1616
1617   do {
1618       tte = TT.probe(pos.key());
1619
1620       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1621           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1622
1623       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1624
1625       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1626
1627   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1628
1629   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1630 }
1631
1632
1633 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1634
1635 void Thread::idle_loop() {
1636
1637   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1638   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1639   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1640
1641   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1642
1643   while (true)
1644   {
1645       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1646       // wasting CPU time polling for work.
1647       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1648       {
1649           if (exit)
1650           {
1651               assert(!this_sp);
1652               return;
1653           }
1654
1655           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1656           mutex.lock();
1657
1658           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1659           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1660           {
1661               mutex.unlock();
1662               break;
1663           }
1664
1665           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1666           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1667           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1668           // we had the chance to grab the lock.
1669           if (!searching && !exit)
1670               sleepCondition.wait(mutex);
1671
1672           mutex.unlock();
1673       }
1674
1675       // If this thread has been assigned work, launch a search
1676       if (searching)
1677       {
1678           assert(!exit);
1679
1680           Threads.mutex.lock();
1681
1682           assert(searching);
1683           assert(activeSplitPoint);
1684           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1685
1686           Threads.mutex.unlock();
1687
1688           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1689           Position pos(*sp->pos, this);
1690
1691           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1692           ss->splitPoint = sp;
1693
1694           sp->mutex.lock();
1695
1696           assert(activePosition == NULL);
1697
1698           activePosition = &pos;
1699
1700           switch (sp->nodeType) {
1701           case Root:
1702               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1703               break;
1704           case PV:
1705               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1706               break;
1707           case NonPV:
1708               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1709               break;
1710           default:
1711               assert(false);
1712           }
1713
1714           assert(searching);
1715
1716           searching = false;
1717           activePosition = NULL;
1718           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1719           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1720
1721           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1722           // in case we are the last slave of the split point.
1723           if (    Threads.sleepWhileIdle
1724               &&  this != sp->masterThread
1725               && !sp->slavesMask)
1726           {
1727               assert(!sp->masterThread->searching);
1728               sp->masterThread->notify_one();
1729           }
1730
1731           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1732           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1733           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1734           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1735           sp->mutex.unlock();
1736       }
1737
1738       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1739       // their work at this split point, return from the idle loop.
1740       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1741       {
1742           this_sp->mutex.lock();
1743           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1744           this_sp->mutex.unlock();
1745           if (finished)
1746               return;
1747       }
1748   }
1749 }
1750
1751
1752 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1753 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1754 /// available time and so stop the search.
1755
1756 void check_time() {
1757
1758   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1759   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1760
1761   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1762   {
1763       lastInfoTime = Time::now();
1764       dbg_print();
1765   }
1766
1767   if (Limits.ponder)
1768       return;
1769
1770   if (Limits.nodes)
1771   {
1772       Threads.mutex.lock();
1773
1774       nodes = RootPos.nodes_searched();
1775
1776       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1777       // all the currently active positions nodes.
1778       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1779           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1780           {
1781               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1782
1783               sp.mutex.lock();
1784
1785               nodes += sp.nodes;
1786               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1787               while (sm)
1788               {
1789                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1790                   if (pos)
1791                       nodes += pos->nodes_searched();
1792               }
1793
1794               sp.mutex.unlock();
1795           }
1796
1797       Threads.mutex.unlock();
1798   }
1799
1800   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1801   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1802                          && !Signals.failedLowAtRoot
1803                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1804
1805   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1806                    || stillAtFirstMove;
1807
1808   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1809       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1810       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1811       Signals.stop = true;
1812 }