Rework Thread hierarchy
[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][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   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][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149   {
150       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
151       FutilityMoveCounts[0][d] = d < 5 ? FutilityMoveCounts[1][d]
152                                        : 3 * FutilityMoveCounts[1][d] / 4;
153   }
154 }
155
156
157 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
158 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
159
160 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
166
167   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
168   {
169       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
170       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
171       pos.undo_move(*it);
172   }
173   return cnt;
174 }
175
176 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
177   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
178 }
179
180 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
181 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
182 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
183
184 void Search::think() {
185
186   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
187
188   RootColor = RootPos.side_to_move();
189   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
190
191   if (RootMoves.empty())
192   {
193       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
194       sync_cout << "info depth 0 score "
195                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
196                 << sync_endl;
197
198       goto finalize;
199   }
200
201   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
202   {
203       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
204
205       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
206       {
207           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
208           goto finalize;
209       }
210   }
211
212   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
213   {
214       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
215       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
216       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
217       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
218   }
219   else
220       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
221
222   if (Options["Write Search Log"])
223   {
224       Log log(Options["Search Log Filename"]);
225       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
226           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
227           << " ponder: "      << Limits.ponder
228           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
229           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
230           << " moves to go: " << Limits.movestogo
231           << std::endl;
232   }
233
234   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
235   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
236       Threads[i]->maxPly = 0;
237
238   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
239
240   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
241   // used to check for remaining available thinking time.
242   Threads.timer->msec =
243   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
244                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
245                                : 100;
246
247   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
248
249   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
250
251   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
252   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
253
254   if (Options["Write Search Log"])
255   {
256       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
257
258       Log log(Options["Search Log Filename"]);
259       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
260           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
261           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
262
263       StateInfo st;
264       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
265       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
266       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
267   }
268
269 finalize:
270
271   // When search is stopped this info is not printed
272   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
273             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
274
275   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
276   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
277   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
278   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
279   // raise Signals.stop).
280   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
281   {
282       Signals.stopOnPonderhit = true;
283       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
284   }
285
286   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
287   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
288             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
289             << sync_endl;
290 }
291
292
293 namespace {
294
295   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
296   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
297   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
298
299   void id_loop(Position& pos) {
300
301     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
302     int depth, prevBestMoveChanges;
303     Value bestValue, alpha, beta, delta;
304
305     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
306     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
307
308     depth = BestMoveChanges = 0;
309     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
310     beta = VALUE_INFINITE;
311
312     TT.new_search();
313     History.clear();
314     Gains.clear();
315     Countermoves.clear();
316
317     PVSize = Options["MultiPV"];
318     Skill skill(Options["Skill Level"]);
319
320     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
321     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
322     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
323         PVSize = 4;
324
325     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
326
327     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
328     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
329     {
330         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
331         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
332         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
333             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
334
335         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
336         BestMoveChanges = 0;
337
338         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
339         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
340         {
341             // Reset aspiration window starting size
342             if (depth >= 5)
343             {
344                 delta = Value(16);
345                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
346                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
347             }
348
349             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
350             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
351             while (true)
352             {
353                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
354
355                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
356                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
357                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
358                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
359                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
360                 // the already searched PV lines are preserved.
361                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
362
363                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
364                 // entries have been overwritten during the search.
365                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
366                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
367
368                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
369                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
370                 // valid, although refers to previous iteration.
371                 if (Signals.stop)
372                     return;
373
374                 // When failing high/low give some update (without cluttering
375                 // the UI) before to research.
376                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
377                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
378                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
379
380                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
381                 // research, otherwise exit the loop.
382                 if (bestValue <= alpha)
383                 {
384                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
385
386                     Signals.failedLowAtRoot = true;
387                     Signals.stopOnPonderhit = false;
388                 }
389                 else if (bestValue >= beta)
390                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
391
392                 else
393                     break;
394
395                 delta += delta / 2;
396
397                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
398             }
399
400             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
401             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
402
403             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
404                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
405         }
406
407         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
408         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
409             skill.pick_move();
410
411         if (Options["Write Search Log"])
412         {
413             RootMove& rm = RootMoves[0];
414             if (skill.best != MOVE_NONE)
415                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
416
417             Log log(Options["Search Log Filename"]);
418             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
419                 << std::endl;
420         }
421
422         // Do we have found a "mate in x"?
423         if (   Limits.mate
424             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426             Signals.stop = true;
427
428         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
429         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
430         {
431             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
432
433             // Take in account some extra time if the best move has changed
434             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
435                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
436
437             // Stop search if most of available time is already consumed. We
438             // probably don't have enough time to search the first move at the
439             // next iteration anyway.
440             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
441                 stop = true;
442
443             // Stop search early if one move seems to be much better than others
444             if (    depth >= 12
445                 && !stop
446                 &&  PVSize == 1
447                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
448                 && (   RootMoves.size() == 1
449                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
450             {
451                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
452                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
453                 ss->skipNullMove = true;
454                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
455                 ss->skipNullMove = false;
456                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
457
458                 if (v < rBeta)
459                     stop = true;
460             }
461
462             if (stop)
463             {
464                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
465                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
466                 if (Limits.ponder)
467                     Signals.stopOnPonderhit = true;
468                 else
469                     Signals.stop = true;
470             }
471         }
472     }
473   }
474
475
476   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
477   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
478   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
479   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
480   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
481   // here: This is taken care of after we return from the split point.
482
483   template <NodeType NT>
484   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
485
486     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
487     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
488     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
489
490     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
491     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
492     assert(depth > DEPTH_ZERO);
493
494     Move quietsSearched[64];
495     StateInfo st;
496     const TTEntry *tte;
497     SplitPoint* splitPoint;
498     Key posKey;
499     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
500     Depth ext, newDepth;
501     Value bestValue, value, ttValue;
502     Value eval, nullValue, futilityValue;
503     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
504     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
505     int moveCount, quietCount;
506
507     // Step 1. Initialize node
508     Thread* thisThread = pos.this_thread();
509     inCheck = pos.checkers();
510
511     if (SpNode)
512     {
513         splitPoint = ss->splitPoint;
514         bestMove   = splitPoint->bestMove;
515         threatMove = splitPoint->threatMove;
516         bestValue  = splitPoint->bestValue;
517         tte = NULL;
518         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
519         ttValue = VALUE_NONE;
520
521         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
522
523         goto moves_loop;
524     }
525
526     moveCount = quietCount = 0;
527     bestValue = -VALUE_INFINITE;
528     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
529     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
530     ss->futilityMoveCount = 0;
531     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
532     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
533
534     // Used to send selDepth info to GUI
535     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
536         thisThread->maxPly = ss->ply;
537
538     if (!RootNode)
539     {
540         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
541         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
542             return DrawValue[pos.side_to_move()];
543
544         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
545         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
546         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
547         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
548         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
549         // in this case return a fail-high score.
550         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
551         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
552         if (alpha >= beta)
553             return alpha;
554     }
555
556     // Step 4. Transposition table lookup
557     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
558     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
559     excludedMove = ss->excludedMove;
560     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
561     tte = TT.probe(posKey);
562     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
563     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
564
565     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
566     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
567     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
568     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
569     if (   !RootNode
570         && tte
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
573         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
574             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
575                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
576     {
577         TT.refresh(tte);
578         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
579
580         if (    ttValue >= beta
581             &&  ttMove
582             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
583             &&  ttMove != ss->killers[0])
584         {
585             ss->killers[1] = ss->killers[0];
586             ss->killers[0] = ttMove;
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
592     if (inCheck)
593     {
594         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
595         goto moves_loop;
596     }
597
598     else if (tte)
599     {
600         // Never assume anything on values stored in TT
601         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
602             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
603             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
604
605         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
606         if (ttValue != VALUE_NONE)
607             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
608                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
609                 eval = ttValue;
610     }
611     else
612     {
613         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
614         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
615                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
616     }
617
618     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
619     // evaluation before and after the move.
620     if (   !pos.captured_piece_type()
621         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
622         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
623         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
624         &&  type_of(move) == NORMAL)
625     {
626         Square to = to_sq(move);
627         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
628     }
629
630     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
631     if (   !PvNode
632         &&  depth < 4 * ONE_PLY
633         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
634         &&  ttMove == MOVE_NONE
635         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
636         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
637     {
638         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
639         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
640         if (v < rbeta)
641             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
642             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
643             return v;
644     }
645
646     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
647     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
648     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
649     if (   !PvNode
650         && !ss->skipNullMove
651         &&  depth < 4 * ONE_PLY
652         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
653         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
654         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
655         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
656         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
657
658     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
659     if (   !PvNode
660         && !ss->skipNullMove
661         &&  depth > ONE_PLY
662         &&  eval >= beta
663         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
664         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
665     {
666         ss->currentMove = MOVE_NULL;
667
668         // Null move dynamic reduction based on depth
669         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
670
671         // Null move dynamic reduction based on value
672         if (eval - PawnValueMg > beta)
673             R += ONE_PLY;
674
675         pos.do_null_move(st);
676         (ss+1)->skipNullMove = true;
677         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
678                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
679         (ss+1)->skipNullMove = false;
680         pos.undo_null_move();
681
682         if (nullValue >= beta)
683         {
684             // Do not return unproven mate scores
685             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
686                 nullValue = beta;
687
688             if (depth < 12 * ONE_PLY)
689                 return nullValue;
690
691             // Do verification search at high depths
692             ss->skipNullMove = true;
693             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
694             ss->skipNullMove = false;
695
696             if (v >= beta)
697                 return nullValue;
698         }
699         else
700         {
701             // The null move failed low, which means that we may be faced with
702             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
703             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
704             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
705             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
706             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
707             threatMove = (ss+1)->currentMove;
708
709             if (   depth < 5 * ONE_PLY
710                 && (ss-1)->reduction
711                 && threatMove != MOVE_NONE
712                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
713                 return alpha;
714         }
715     }
716
717     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
718     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
719     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
720     // prune the previous move.
721     if (   !PvNode
722         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
723         && !ss->skipNullMove
724         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
725     {
726         Value rbeta = beta + 200;
727         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
728
729         assert(rdepth >= ONE_PLY);
730         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
731         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
732
733         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
734         CheckInfo ci(pos);
735
736         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
737             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
738             {
739                 ss->currentMove = move;
740                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
741                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
742                 pos.undo_move(move);
743                 if (value >= rbeta)
744                     return value;
745             }
746     }
747
748     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
749     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
750         && ttMove == MOVE_NONE
751         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
752     {
753         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
754
755         ss->skipNullMove = true;
756         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
757         ss->skipNullMove = false;
758
759         tte = TT.probe(posKey);
760         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
761     }
762
763 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
764
765     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
766     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
767                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
768
769     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
770     CheckInfo ci(pos);
771     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
772     improving = ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval;
773     singularExtensionNode =   !RootNode
774                            && !SpNode
775                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
776                            &&  ttMove != MOVE_NONE
777                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
778                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
779                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
780
781     // Step 11. Loop through moves
782     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
783     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
784     {
785       assert(is_ok(move));
786
787       if (move == excludedMove)
788           continue;
789
790       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
791       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
792       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
793       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
794           continue;
795
796       if (SpNode)
797       {
798           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
799           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
800               continue;
801
802           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
803           splitPoint->mutex.unlock();
804       }
805       else
806           moveCount++;
807
808       if (RootNode)
809       {
810           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
811
812           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
813               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
814                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
815                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
816       }
817
818       ext = DEPTH_ZERO;
819       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
820       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
821       dangerous =   givesCheck
822                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
823                  || type_of(move) == CASTLE;
824
825       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
826       if (PvNode && dangerous)
827           ext = ONE_PLY;
828
829       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
830           ext = ONE_PLY / 2;
831
832       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
833       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
834       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
835       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
836       // a margin then we extend ttMove.
837       if (    singularExtensionNode
838           &&  move == ttMove
839           && !ext
840           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
841           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
842       {
843           assert(ttValue != VALUE_NONE);
844
845           Value rBeta = ttValue - int(depth);
846           ss->excludedMove = move;
847           ss->skipNullMove = true;
848           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
849           ss->skipNullMove = false;
850           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
851
852           if (value < rBeta)
853               ext = ONE_PLY;
854       }
855
856       // Update current move (this must be done after singular extension search)
857       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
858
859       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
860       if (   !PvNode
861           && !captureOrPromotion
862           && !inCheck
863           && !dangerous
864        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
865           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
866       {
867           // Move count based pruning
868           if (   depth < 16 * ONE_PLY
869               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
870               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
871           {
872               if (SpNode)
873                   splitPoint->mutex.lock();
874
875               continue;
876           }
877
878           // Value based pruning
879           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
880           // but fixing this made program slightly weaker.
881           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
882           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
883                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
884
885           if (futilityValue < beta)
886           {
887               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
888
889               if (SpNode)
890               {
891                   splitPoint->mutex.lock();
892                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
893                       splitPoint->bestValue = bestValue;
894               }
895               continue;
896           }
897
898           // Prune moves with negative SEE at low depths
899           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
900               && pos.see_sign(move) < 0)
901           {
902               if (SpNode)
903                   splitPoint->mutex.lock();
904
905               continue;
906           }
907
908           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
909           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
910           ss->futilityMoveCount = moveCount;
911       }
912       else
913           ss->futilityMoveCount = 0;
914
915       // Check for legality only before to do the move
916       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
917       {
918           moveCount--;
919           continue;
920       }
921
922       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
923       ss->currentMove = move;
924       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
925           quietsSearched[quietCount++] = move;
926
927       // Step 14. Make the move
928       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
929
930       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
931       // re-searched at full depth.
932       if (    depth > 3 * ONE_PLY
933           && !pvMove
934           && !captureOrPromotion
935           && !dangerous
936           &&  move != ttMove
937           &&  move != ss->killers[0]
938           &&  move != ss->killers[1])
939       {
940           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
941
942           if (!PvNode && cutNode)
943               ss->reduction += ONE_PLY;
944
945           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
946               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
947
948           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
949           if (SpNode)
950               alpha = splitPoint->alpha;
951
952           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
953
954           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
955           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
956       }
957       else
958           doFullDepthSearch = !pvMove;
959
960       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
961       if (doFullDepthSearch)
962       {
963           if (SpNode)
964               alpha = splitPoint->alpha;
965
966           value = newDepth < ONE_PLY ?
967                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
969                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
970       }
971
972       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
973       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
974       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
975       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
976           value = newDepth < ONE_PLY ?
977                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
978                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
979                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
980       // Step 17. Undo move
981       pos.undo_move(move);
982
983       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
984
985       // Step 18. Check for new best move
986       if (SpNode)
987       {
988           splitPoint->mutex.lock();
989           bestValue = splitPoint->bestValue;
990           alpha = splitPoint->alpha;
991       }
992
993       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
994       // was aborted because the user interrupted the search or because we
995       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
996       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
997       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
998           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
999
1000       if (RootNode)
1001       {
1002           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1003
1004           // PV move or new best move ?
1005           if (pvMove || value > alpha)
1006           {
1007               rm.score = value;
1008               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1009
1010               // We record how often the best move has been changed in each
1011               // iteration. This information is used for time management: When
1012               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1013               if (!pvMove)
1014                   BestMoveChanges++;
1015           }
1016           else
1017               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1018               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1019               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1020               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1021       }
1022
1023       if (value > bestValue)
1024       {
1025           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1026
1027           if (value > alpha)
1028           {
1029               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1030
1031               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1032                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1033               else
1034               {
1035                   assert(value >= beta); // Fail high
1036
1037                   if (SpNode)
1038                       splitPoint->cutoff = true;
1039
1040                   break;
1041               }
1042           }
1043       }
1044
1045       // Step 19. Check for splitting the search
1046       if (   !SpNode
1047           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1048           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1049           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1050       {
1051           assert(bestValue < beta);
1052
1053           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1054                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1055           if (bestValue >= beta)
1056               break;
1057       }
1058     }
1059
1060     if (SpNode)
1061         return bestValue;
1062
1063     // Step 20. Check for mate and stalemate
1064     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1065     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1066     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1067     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1068     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1069     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1070     if (!moveCount)
1071         return  excludedMove ? alpha
1072               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1073
1074     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1075     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1076         bestValue = alpha;
1077
1078     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1079              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1080              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1081              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1082
1083     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1084     if (    bestValue >= beta
1085         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1086         && !inCheck)
1087     {
1088         if (ss->killers[0] != bestMove)
1089         {
1090             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1091             ss->killers[0] = bestMove;
1092         }
1093
1094         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1095         // played non-capture moves.
1096         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1097         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1098         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1099         {
1100             Move m = quietsSearched[i];
1101             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1102         }
1103
1104         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1105             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1106     }
1107
1108     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1109
1110     return bestValue;
1111   }
1112
1113
1114   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1115   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1116   // less than ONE_PLY).
1117
1118   template <NodeType NT, bool InCheck>
1119   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1120
1121     const bool PvNode = (NT == PV);
1122
1123     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1124     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1125     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1126     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1127     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1128
1129     StateInfo st;
1130     const TTEntry* tte;
1131     Key posKey;
1132     Move ttMove, move, bestMove;
1133     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1134     bool givesCheck, evasionPrunable;
1135     Depth ttDepth;
1136
1137     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1138     if (PvNode)
1139         oldAlpha = alpha;
1140
1141     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1142     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1143
1144     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1145     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1146         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1147
1148     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1149     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1150     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1151     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1152                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1153
1154     // Transposition table lookup
1155     posKey = pos.key();
1156     tte = TT.probe(posKey);
1157     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1158     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1159
1160     if (   tte
1161         && tte->depth() >= ttDepth
1162         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1163         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1164             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1165                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1166     {
1167         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1168         return ttValue;
1169     }
1170
1171     // Evaluate the position statically
1172     if (InCheck)
1173     {
1174         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1175         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1176     }
1177     else
1178     {
1179         if (tte)
1180         {
1181             // Never assume anything on values stored in TT
1182             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1183                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
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     }
1204
1205     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1206     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1207     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1208     // be generated.
1209     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1210     CheckInfo ci(pos);
1211
1212     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1213     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1214     {
1215       assert(is_ok(move));
1216
1217       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1218
1219       // Futility pruning
1220       if (   !PvNode
1221           && !InCheck
1222           && !givesCheck
1223           &&  move != ttMove
1224           &&  type_of(move) != PROMOTION
1225           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1226       {
1227           futilityValue =  futilityBase
1228                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1229                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1230
1231           if (futilityValue < beta)
1232           {
1233               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1234               continue;
1235           }
1236
1237           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1238           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1239           if (   futilityBase < beta
1240               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1241           {
1242               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1243               continue;
1244           }
1245       }
1246
1247       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1248       evasionPrunable =    InCheck
1249                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1250                        && !pos.is_capture(move)
1251                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1252
1253       // Don't search moves with negative SEE values
1254       if (   !PvNode
1255           && (!InCheck || evasionPrunable)
1256           &&  move != ttMove
1257           &&  type_of(move) != PROMOTION
1258           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1259           continue;
1260
1261       // Don't search useless checks
1262       if (   !PvNode
1263           && !InCheck
1264           &&  givesCheck
1265           &&  move != ttMove
1266           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1267           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1268           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1269           continue;
1270
1271       // Check for legality only before to do the move
1272       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1273           continue;
1274
1275       ss->currentMove = move;
1276
1277       // Make and search the move
1278       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1279       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1280                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1281       pos.undo_move(move);
1282
1283       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1284
1285       // Check for new best move
1286       if (value > bestValue)
1287       {
1288           bestValue = value;
1289
1290           if (value > alpha)
1291           {
1292               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1293               {
1294                   alpha = value;
1295                   bestMove = move;
1296               }
1297               else // Fail high
1298               {
1299                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1300                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1301
1302                   return value;
1303               }
1304           }
1305        }
1306     }
1307
1308     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1309     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1310     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1311         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1312
1313     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1314              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1315              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1316
1317     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1318
1319     return bestValue;
1320   }
1321
1322
1323   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1324   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1325   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1326
1327   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1328
1329     assert(v != VALUE_NONE);
1330
1331     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1332           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1333   }
1334
1335
1336   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1337   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1338   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1339
1340   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1341
1342     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1343           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1344           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1345   }
1346
1347
1348   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1349
1350   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1351   {
1352     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1353     Square from = from_sq(move);
1354     Square to = to_sq(move);
1355     Color them = ~pos.side_to_move();
1356     Square ksq = pos.king_square(them);
1357     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1358     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1359     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1360     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1361     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1362
1363     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1364     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1365         return true;
1366
1367     // Queen contact check is very dangerous
1368     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1369         return true;
1370
1371     // Creating new double threats with checks is dangerous
1372     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1373     while (b)
1374     {
1375         // Note that here we generate illegal "double move"!
1376         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1377             return true;
1378     }
1379
1380     return false;
1381   }
1382
1383
1384   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1385   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1386   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1387   // from a null search that fails low).
1388
1389   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1390
1391     assert(is_ok(first));
1392     assert(is_ok(second));
1393     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1394     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1395
1396     Square m1from = from_sq(first);
1397     Square m2from = from_sq(second);
1398     Square m1to = to_sq(first);
1399     Square m2to = to_sq(second);
1400
1401     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1402     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1403         return true;
1404
1405     // Second one moves through the square vacated by first one
1406     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1407       return true;
1408
1409     // Second's destination is defended by the first move's piece
1410     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1411     if (m1att & m2to)
1412         return true;
1413
1414     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1415     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1416     {
1417         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1418         return true;
1419     }
1420
1421     return false;
1422   }
1423
1424
1425   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1426   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1427   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1428
1429   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1430
1431     assert(is_ok(first));
1432     assert(is_ok(second));
1433
1434     Square m1from = from_sq(first);
1435     Square m2from = from_sq(second);
1436     Square m1to = to_sq(first);
1437     Square m2to = to_sq(second);
1438
1439     // Don't prune moves of the threatened piece
1440     if (m1from == m2to)
1441         return true;
1442
1443     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1444     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1445     if (    pos.is_capture(second)
1446         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1447             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1448     {
1449         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1450         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1451         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1452
1453         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1454         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1455             return true;
1456
1457         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1458         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1459                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1460
1461         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1462         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1463             return true;
1464     }
1465
1466     // Don't prune safe moves which block the threat path
1467     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1468         return true;
1469
1470     return false;
1471   }
1472
1473
1474   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1475   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1476
1477   Move Skill::pick_move() {
1478
1479     static RKISS rk;
1480
1481     // PRNG sequence should be not deterministic
1482     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1483         rk.rand<unsigned>();
1484
1485     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1486     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1487     int weakness = 120 - 2 * level;
1488     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1489     best = MOVE_NONE;
1490
1491     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1492     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1493     // then we choose the move with the resulting highest score.
1494     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1495     {
1496         int s = RootMoves[i].score;
1497
1498         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1499         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1500             break;
1501
1502         // This is our magic formula
1503         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1504               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1505
1506         if (s > max_s)
1507         {
1508             max_s = s;
1509             best = RootMoves[i].pv[0];
1510         }
1511     }
1512     return best;
1513   }
1514
1515
1516   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1517   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1518   // the previous search score.
1519
1520   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1521
1522     std::stringstream s;
1523     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1524     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1525     int selDepth = 0;
1526
1527     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1528         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1529             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1530
1531     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1532     {
1533         bool updated = (i <= PVIdx);
1534
1535         if (depth == 1 && !updated)
1536             continue;
1537
1538         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1539         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1540
1541         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1542             s << "\n";
1543
1544         s << "info depth " << d
1545           << " seldepth "  << selDepth
1546           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1547           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1548           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1549           << " time "      << elapsed
1550           << " multipv "   << i + 1
1551           << " pv";
1552
1553         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1554             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1555     }
1556
1557     return s.str();
1558   }
1559
1560 } // namespace
1561
1562
1563 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1564 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1565 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1566 /// long PV to print that is important for position analysis.
1567
1568 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1569
1570   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1571   const TTEntry* tte;
1572   int ply = 0;
1573   Move m = pv[0];
1574
1575   pv.clear();
1576
1577   do {
1578       pv.push_back(m);
1579
1580       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1581
1582       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1583       tte = TT.probe(pos.key());
1584
1585   } while (   tte
1586            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1587            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1588            && ply < MAX_PLY
1589            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1590
1591   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1592
1593   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1594 }
1595
1596
1597 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1598 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1599 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1600
1601 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1602
1603   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_3], *st = state;
1604   const TTEntry* tte;
1605   int ply = 0;
1606
1607   do {
1608       tte = TT.probe(pos.key());
1609
1610       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1611           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1612
1613       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1614
1615       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1616
1617   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1618
1619   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1620 }
1621
1622
1623 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1624
1625 void Thread::idle_loop() {
1626
1627   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1628   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1629   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1630
1631   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1632
1633   while (true)
1634   {
1635       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1636       // wasting CPU time polling for work.
1637       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1638       {
1639           if (exit)
1640           {
1641               assert(!this_sp);
1642               return;
1643           }
1644
1645           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1646           mutex.lock();
1647
1648           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1649           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1650           {
1651               mutex.unlock();
1652               break;
1653           }
1654
1655           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1656           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1657           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1658           // we had the chance to grab the lock.
1659           if (!searching && !exit)
1660               sleepCondition.wait(mutex);
1661
1662           mutex.unlock();
1663       }
1664
1665       // If this thread has been assigned work, launch a search
1666       if (searching)
1667       {
1668           assert(!exit);
1669
1670           Threads.mutex.lock();
1671
1672           assert(searching);
1673           assert(activeSplitPoint);
1674           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1675
1676           Threads.mutex.unlock();
1677
1678           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_3], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1679           Position pos(*sp->pos, this);
1680
1681           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1682           ss->splitPoint = sp;
1683
1684           sp->mutex.lock();
1685
1686           assert(activePosition == NULL);
1687
1688           activePosition = &pos;
1689
1690           switch (sp->nodeType) {
1691           case Root:
1692               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1693               break;
1694           case PV:
1695               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1696               break;
1697           case NonPV:
1698               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1699               break;
1700           default:
1701               assert(false);
1702           }
1703
1704           assert(searching);
1705
1706           searching = false;
1707           activePosition = NULL;
1708           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1709           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1710
1711           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1712           // in case we are the last slave of the split point.
1713           if (    Threads.sleepWhileIdle
1714               &&  this != sp->masterThread
1715               && !sp->slavesMask)
1716           {
1717               assert(!sp->masterThread->searching);
1718               sp->masterThread->notify_one();
1719           }
1720
1721           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1722           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1723           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1724           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1725           sp->mutex.unlock();
1726       }
1727
1728       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1729       // their work at this split point, return from the idle loop.
1730       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1731       {
1732           this_sp->mutex.lock();
1733           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1734           this_sp->mutex.unlock();
1735           if (finished)
1736               return;
1737       }
1738   }
1739 }
1740
1741
1742 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1743 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1744 /// available time and so stop the search.
1745
1746 void check_time() {
1747
1748   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1749   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1750
1751   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1752   {
1753       lastInfoTime = Time::now();
1754       dbg_print();
1755   }
1756
1757   if (Limits.ponder)
1758       return;
1759
1760   if (Limits.nodes)
1761   {
1762       Threads.mutex.lock();
1763
1764       nodes = RootPos.nodes_searched();
1765
1766       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1767       // all the currently active positions nodes.
1768       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1769           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1770           {
1771               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1772
1773               sp.mutex.lock();
1774
1775               nodes += sp.nodes;
1776               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1777               while (sm)
1778               {
1779                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1780                   if (pos)
1781                       nodes += pos->nodes_searched();
1782               }
1783
1784               sp.mutex.unlock();
1785           }
1786
1787       Threads.mutex.unlock();
1788   }
1789
1790   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1791   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1792                          && !Signals.failedLowAtRoot
1793                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1794
1795   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1796                    || stillAtFirstMove;
1797
1798   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1799       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1800       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1801       Signals.stop = true;
1802 }