e2ab9cd933db6bd0774c27a456985f92292db96a
[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   // Different node types, used as template parameter
59   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
60
61   // Dynamic razoring margin based on depth
62   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
63
64   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
65   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
69
70     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
71                            : 2 * VALUE_INFINITE;
72   }
73
74   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
75   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78
79     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
80   }
81
82   size_t PVSize, PVIdx;
83   TimeManager TimeMgr;
84   double BestMoveChanges;
85   Value DrawValue[COLOR_NB];
86   HistoryStats History;
87   GainsStats Gains;
88   CountermovesStats Countermoves;
89
90   template <NodeType NT>
91   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
92
93   template <NodeType NT, bool InCheck>
94   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
95
96   void id_loop(Position& pos);
97   Value value_to_tt(Value v, int ply);
98   Value value_from_tt(Value v, int ply);
99   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
100   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
101   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
102
103   struct Skill {
104     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
105    ~Skill() {
106       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
107           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
108                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
109     }
110
111     bool enabled() const { return level < 20; }
112     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
113     Move pick_move();
114
115     int level;
116     Move best;
117   };
118
119 } // namespace
120
121
122 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
123
124 void Search::init() {
125
126   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
127   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
128   int mc; // moveCount
129
130   // Init reductions array
131   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
132   {
133       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
134       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
135       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
136       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
137
138       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
139       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
140
141       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
143
144       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
145           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
146   }
147
148   // Init futility margins array
149   for (d = 1; d < 16; ++d) for (mc = 0; mc < 64; ++mc)
150       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(2.9 * log(double(d))) - 8 * mc + 45);
151
152   // Init futility move count array
153   for (d = 0; d < 32; ++d)
154   {
155       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
156       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
157   }
158 }
159
160
161 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
162 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
163
164 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166   StateInfo st;
167   size_t cnt = 0;
168   CheckInfo ci(pos);
169   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
170
171   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
172   {
173       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
174       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
175       pos.undo_move(*it);
176   }
177   return cnt;
178 }
179
180 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
181   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
182 }
183
184 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
185 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
186 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
187
188 void Search::think() {
189
190   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
191
192   RootColor = RootPos.side_to_move();
193   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
194
195   if (RootMoves.empty())
196   {
197       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
198       sync_cout << "info depth 0 score "
199                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
200                 << sync_endl;
201
202       goto finalize;
203   }
204
205   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
206   {
207       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
208
209       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
210       {
211           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
212           goto finalize;
213       }
214   }
215
216   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
217   {
218       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
219       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
220       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
221       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
222   }
223   else
224       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
225
226   if (Options["Write Search Log"])
227   {
228       Log log(Options["Search Log Filename"]);
229       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
230           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
231           << " ponder: "      << Limits.ponder
232           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
233           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
234           << " moves to go: " << Limits.movestogo
235           << std::endl;
236   }
237
238   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
239   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
240       Threads[i]->maxPly = 0;
241
242   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
243   Threads.timer->run = true;
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Write Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When search is stopped this info is not printed
269   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
270             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
271
272   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
273   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
274   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
275   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
276   // raise Signals.stop).
277   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
278   {
279       Signals.stopOnPonderhit = true;
280       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
281   }
282
283   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
284   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
285             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
286             << sync_endl;
287 }
288
289
290 namespace {
291
292   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
293   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
294   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
295
296   void id_loop(Position& pos) {
297
298     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
299     int depth;
300     Value bestValue, alpha, beta, delta;
301
302     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
303     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
304
305     depth = 0;
306     BestMoveChanges = 0;
307     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
308     beta = VALUE_INFINITE;
309
310     TT.new_search();
311     History.clear();
312     Gains.clear();
313     Countermoves.clear();
314
315     PVSize = Options["MultiPV"];
316     Skill skill(Options["Skill Level"]);
317
318     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
319     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
320     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
321         PVSize = 4;
322
323     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
324
325     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
326     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
327     {
328         // Age out PV variability metric
329         BestMoveChanges *= 0.8;
330
331         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
332         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
333         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
334             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
335
336         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
337         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; ++PVIdx)
338         {
339             // Reset aspiration window starting size
340             if (depth >= 5)
341             {
342                 delta = Value(16);
343                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
344                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
345             }
346
347             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
348             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
349             while (true)
350             {
351                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
352
353                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
354                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
355                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
356                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
357                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
358                 // the already searched PV lines are preserved.
359                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
360
361                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
362                 // entries have been overwritten during the search.
363                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
364                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
365
366                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
367                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
368                 // valid, although refers to previous iteration.
369                 if (Signals.stop)
370                     return;
371
372                 // When failing high/low give some update (without cluttering
373                 // the UI) before to research.
374                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
375                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
376                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
377
378                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
379                 // research, otherwise exit the loop.
380                 if (bestValue <= alpha)
381                 {
382                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
383
384                     Signals.failedLowAtRoot = true;
385                     Signals.stopOnPonderhit = false;
386                 }
387                 else if (bestValue >= beta)
388                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
389
390                 else
391                     break;
392
393                 delta += delta / 2;
394
395                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
396             }
397
398             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
399             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
400
401             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
402                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
403         }
404
405         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
406         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
407             skill.pick_move();
408
409         if (Options["Write Search Log"])
410         {
411             RootMove& rm = RootMoves[0];
412             if (skill.best != MOVE_NONE)
413                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
414
415             Log log(Options["Search Log Filename"]);
416             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
417                 << std::endl;
418         }
419
420         // Do we have found a "mate in x"?
421         if (   Limits.mate
422             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
423             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
424             Signals.stop = true;
425
426         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
427         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
428         {
429             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
430
431             // Take in account some extra time if the best move has changed
432             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
433                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
434
435             // Stop search if most of available time is already consumed. We
436             // probably don't have enough time to search the first move at the
437             // next iteration anyway.
438             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
439                 stop = true;
440
441             // Stop search early if one move seems to be much better than others
442             if (    depth >= 12
443                 && !stop
444                 &&  PVSize == 1
445                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
446                 && (   RootMoves.size() == 1
447                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
448             {
449                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
450                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
451                 ss->skipNullMove = true;
452                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
453                 ss->skipNullMove = false;
454                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
455
456                 if (v < rBeta)
457                     stop = true;
458             }
459
460             if (stop)
461             {
462                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
463                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
464                 if (Limits.ponder)
465                     Signals.stopOnPonderhit = true;
466                 else
467                     Signals.stop = true;
468             }
469         }
470     }
471   }
472
473
474   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
475   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
476   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
477   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
478   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
479   // here: This is taken care of after we return from the split point.
480
481   template <NodeType NT>
482   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
483
484     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
485     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
486     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
487
488     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
489     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
490     assert(depth > DEPTH_ZERO);
491
492     Move quietsSearched[64];
493     StateInfo st;
494     const TTEntry *tte;
495     SplitPoint* splitPoint;
496     Key posKey;
497     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
498     Depth ext, newDepth;
499     Value bestValue, value, ttValue;
500     Value eval, nullValue, futilityValue;
501     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
502     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
503     int moveCount, quietCount;
504
505     // Step 1. Initialize node
506     Thread* thisThread = pos.this_thread();
507     inCheck = pos.checkers();
508
509     if (SpNode)
510     {
511         splitPoint = ss->splitPoint;
512         bestMove   = splitPoint->bestMove;
513         threatMove = splitPoint->threatMove;
514         bestValue  = splitPoint->bestValue;
515         tte = NULL;
516         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
517         ttValue = VALUE_NONE;
518
519         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
520
521         goto moves_loop;
522     }
523
524     moveCount = quietCount = 0;
525     bestValue = -VALUE_INFINITE;
526     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
527     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
528     ss->futilityMoveCount = 0;
529     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
530     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
531
532     // Used to send selDepth info to GUI
533     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
534         thisThread->maxPly = ss->ply;
535
536     if (!RootNode)
537     {
538         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
539         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
540             return DrawValue[pos.side_to_move()];
541
542         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
543         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
544         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
545         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
546         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
547         // in this case return a fail-high score.
548         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
549         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
550         if (alpha >= beta)
551             return alpha;
552     }
553
554     // Step 4. Transposition table lookup
555     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
556     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
557     excludedMove = ss->excludedMove;
558     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
559     tte = TT.probe(posKey);
560     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
561     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
562
563     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
564     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
565     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
566     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
567     if (   !RootNode
568         && tte
569         && tte->depth() >= depth
570         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
571         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
572             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
573                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
574     {
575         TT.refresh(tte);
576         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
577
578         if (    ttValue >= beta
579             &&  ttMove
580             && !pos.capture_or_promotion(ttMove)
581             &&  ttMove != ss->killers[0])
582         {
583             ss->killers[1] = ss->killers[0];
584             ss->killers[0] = ttMove;
585         }
586         return ttValue;
587     }
588
589     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
590     if (inCheck)
591     {
592         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
593         goto moves_loop;
594     }
595
596     else if (tte)
597     {
598         // Never assume anything on values stored in TT
599         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
600             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
601             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
602
603         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
604         if (ttValue != VALUE_NONE)
605             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
606                 eval = ttValue;
607     }
608     else
609     {
610         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
611         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
612                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
613     }
614
615     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
616     // evaluation before and after the move.
617     if (   !pos.captured_piece_type()
618         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
619         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
620         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
621         &&  type_of(move) == NORMAL)
622     {
623         Square to = to_sq(move);
624         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
625     }
626
627     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
628     if (   !PvNode
629         &&  depth < 4 * ONE_PLY
630         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
631         &&  ttMove == MOVE_NONE
632         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
633         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
634     {
635         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
636         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
637         if (v < rbeta)
638             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
639             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
640             return v;
641     }
642
643     // Step 7. Static null move pruning (skipped when in check)
644     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
645     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
646     if (   !PvNode
647         && !ss->skipNullMove
648         &&  depth < 4 * ONE_PLY
649         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
650         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
651         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
652         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
653         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
654
655     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
656     if (   !PvNode
657         && !ss->skipNullMove
658         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
659         &&  eval >= beta
660         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
661         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
662     {
663         ss->currentMove = MOVE_NULL;
664
665         // Null move dynamic reduction based on depth
666         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
667
668         // Null move dynamic reduction based on value
669         if (eval - PawnValueMg > beta)
670             R += ONE_PLY;
671
672         pos.do_null_move(st);
673         (ss+1)->skipNullMove = true;
674         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
675                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
676         (ss+1)->skipNullMove = false;
677         pos.undo_null_move();
678
679         if (nullValue >= beta)
680         {
681             // Do not return unproven mate scores
682             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
683                 nullValue = beta;
684
685             if (depth < 12 * ONE_PLY)
686                 return nullValue;
687
688             // Do verification search at high depths
689             ss->skipNullMove = true;
690             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
691             ss->skipNullMove = false;
692
693             if (v >= beta)
694                 return nullValue;
695         }
696         else
697         {
698             // The null move failed low, which means that we may be faced with
699             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
700             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
701             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
702             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
703             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
704             threatMove = (ss+1)->currentMove;
705
706             if (   depth < 5 * ONE_PLY
707                 && (ss-1)->reduction
708                 && threatMove != MOVE_NONE
709                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
710                 return alpha;
711         }
712     }
713
714     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
715     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
716     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
717     // prune the previous move.
718     if (   !PvNode
719         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
720         && !ss->skipNullMove
721         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
722     {
723         Value rbeta = beta + 200;
724         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
725
726         assert(rdepth >= ONE_PLY);
727         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
728         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
729
730         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
731         CheckInfo ci(pos);
732
733         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
734             if (pos.legal(move, ci.pinned))
735             {
736                 ss->currentMove = move;
737                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
738                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
739                 pos.undo_move(move);
740                 if (value >= rbeta)
741                     return value;
742             }
743     }
744
745     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
746     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
747         && ttMove == MOVE_NONE
748         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
749     {
750         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
751
752         ss->skipNullMove = true;
753         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
754         ss->skipNullMove = false;
755
756         tte = TT.probe(posKey);
757         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
758     }
759
760 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
761
762     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
763     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
764                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
765
766     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
767     CheckInfo ci(pos);
768     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
769     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
770                || ss->staticEval == VALUE_NONE
771                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
772
773     singularExtensionNode =   !RootNode
774                            && !SpNode
775                            &&  depth >= 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.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.capture_or_promotion(move);
820       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
821       dangerous =   givesCheck
822                  || pos.passed_pawn_push(move)
823                  || type_of(move) == CASTLE;
824
825       // Step 12. Extend checks
826       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
827           ext = ONE_PLY;
828
829       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
830       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
831       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
832       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
833       // a margin then we extend ttMove.
834       if (    singularExtensionNode
835           &&  move == ttMove
836           && !ext
837           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
838           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
839       {
840           assert(ttValue != VALUE_NONE);
841
842           Value rBeta = ttValue - int(depth);
843           ss->excludedMove = move;
844           ss->skipNullMove = true;
845           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
846           ss->skipNullMove = false;
847           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
848
849           if (value < rBeta)
850               ext = ONE_PLY;
851       }
852
853       // Update current move (this must be done after singular extension search)
854       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
855
856       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
857       if (   !PvNode
858           && !captureOrPromotion
859           && !inCheck
860           && !dangerous
861        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
862           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
863       {
864           // Move count based pruning
865           if (   depth < 16 * ONE_PLY
866               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth]
867               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
868           {
869               if (SpNode)
870                   splitPoint->mutex.lock();
871
872               continue;
873           }
874
875           // Value based pruning
876           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
877           // but fixing this made program slightly weaker.
878           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
879           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
880                          + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
881
882           if (futilityValue < beta)
883           {
884               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
885
886               if (SpNode)
887               {
888                   splitPoint->mutex.lock();
889                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
890                       splitPoint->bestValue = bestValue;
891               }
892               continue;
893           }
894
895           // Prune moves with negative SEE at low depths
896           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
897               && pos.see_sign(move) < 0)
898           {
899               if (SpNode)
900                   splitPoint->mutex.lock();
901
902               continue;
903           }
904
905           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
906           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
907           ss->futilityMoveCount = moveCount;
908       }
909       else
910           ss->futilityMoveCount = 0;
911
912       // Check for legality only before to do the move
913       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
914       {
915           --moveCount;
916           continue;
917       }
918
919       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
920       ss->currentMove = move;
921       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
922           quietsSearched[quietCount++] = move;
923
924       // Step 14. Make the move
925       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
926
927       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
928       // re-searched at full depth.
929       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
930           && !pvMove
931           && !captureOrPromotion
932           &&  move != ttMove
933           &&  move != ss->killers[0]
934           &&  move != ss->killers[1])
935       {
936           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
937
938           if (!PvNode && cutNode)
939               ss->reduction += ONE_PLY;
940
941           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
942               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
943
944           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
945               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
946
947           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
948           if (SpNode)
949               alpha = splitPoint->alpha;
950
951           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
952
953           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
954           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
955       }
956       else
957           doFullDepthSearch = !pvMove;
958
959       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
960       if (doFullDepthSearch)
961       {
962           if (SpNode)
963               alpha = splitPoint->alpha;
964
965           value = newDepth < ONE_PLY ?
966                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
967                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
968                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
969       }
970
971       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
972       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
973       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
974       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
975           value = newDepth < ONE_PLY ?
976                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
977                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
978                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
979       // Step 17. Undo move
980       pos.undo_move(move);
981
982       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
983
984       // Step 18. Check for new best move
985       if (SpNode)
986       {
987           splitPoint->mutex.lock();
988           bestValue = splitPoint->bestValue;
989           alpha = splitPoint->alpha;
990       }
991
992       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
993       // was aborted because the user interrupted the search or because we
994       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
995       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
996       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
997           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
998
999       if (RootNode)
1000       {
1001           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1002
1003           // PV move or new best move ?
1004           if (pvMove || value > alpha)
1005           {
1006               rm.score = value;
1007               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1008
1009               // We record how often the best move has been changed in each
1010               // iteration. This information is used for time management: When
1011               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1012               if (!pvMove)
1013                   ++BestMoveChanges;
1014           }
1015           else
1016               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1017               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1018               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1019               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1020       }
1021
1022       if (value > bestValue)
1023       {
1024           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1025
1026           if (value > alpha)
1027           {
1028               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1029
1030               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1031                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1032               else
1033               {
1034                   assert(value >= beta); // Fail high
1035
1036                   if (SpNode)
1037                       splitPoint->cutoff = true;
1038
1039                   break;
1040               }
1041           }
1042       }
1043
1044       // Step 19. Check for splitting the search
1045       if (   !SpNode
1046           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1047           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1048           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1049       {
1050           assert(bestValue < beta);
1051
1052           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1053                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1054           if (bestValue >= beta)
1055               break;
1056       }
1057     }
1058
1059     if (SpNode)
1060         return bestValue;
1061
1062     // Step 20. Check for mate and stalemate
1063     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1064     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1065     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1066     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1067     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1068     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1069     if (!moveCount)
1070         return  excludedMove ? alpha
1071               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1072
1073     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1074     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1075         bestValue = alpha;
1076
1077     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1078              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1079              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1080              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1081
1082     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1083     if (    bestValue >= beta
1084         && !pos.capture_or_promotion(bestMove)
1085         && !inCheck)
1086     {
1087         if (ss->killers[0] != bestMove)
1088         {
1089             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1090             ss->killers[0] = bestMove;
1091         }
1092
1093         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1094         // played non-capture moves.
1095         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1096         History.update(pos.moved_piece(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1097         for (int i = 0; i < quietCount - 1; ++i)
1098         {
1099             Move m = quietsSearched[i];
1100             History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1101         }
1102
1103         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1104             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1105     }
1106
1107     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1108
1109     return bestValue;
1110   }
1111
1112
1113   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1114   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1115   // less than ONE_PLY).
1116
1117   template <NodeType NT, bool InCheck>
1118   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1119
1120     const bool PvNode = (NT == PV);
1121
1122     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1123     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1124     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1125     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1126     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1127
1128     StateInfo st;
1129     const TTEntry* tte;
1130     Key posKey;
1131     Move ttMove, move, bestMove;
1132     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1133     bool givesCheck, evasionPrunable;
1134     Depth ttDepth;
1135
1136     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1137     if (PvNode)
1138         oldAlpha = alpha;
1139
1140     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1141     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1142
1143     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1144     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1145         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1146
1147     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152
1153     // Transposition table lookup
1154     posKey = pos.key();
1155     tte = TT.probe(posKey);
1156     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1157     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1158
1159     if (   tte
1160         && tte->depth() >= ttDepth
1161         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1162         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1163             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1164                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1165     {
1166         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1167         return ttValue;
1168     }
1169
1170     // Evaluate the position statically
1171     if (InCheck)
1172     {
1173         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1174         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1175     }
1176     else
1177     {
1178         if (tte)
1179         {
1180             // Never assume anything on values stored in TT
1181             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1182                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1183                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1184
1185             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1186             if (ttValue != VALUE_NONE)
1187                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1188                     bestValue = ttValue;
1189         }
1190         else
1191             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1192
1193         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1194         if (bestValue >= beta)
1195         {
1196             if (!tte)
1197                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1198                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1199
1200             return bestValue;
1201         }
1202
1203         if (PvNode && bestValue > alpha)
1204             alpha = bestValue;
1205
1206         futilityBase = bestValue + ss->evalMargin + Value(128);
1207     }
1208
1209     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1210     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1211     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1212     // be generated.
1213     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1214     CheckInfo ci(pos);
1215
1216     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1217     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1218     {
1219       assert(is_ok(move));
1220
1221       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1222
1223       // Futility pruning
1224       if (   !PvNode
1225           && !InCheck
1226           && !givesCheck
1227           &&  move != ttMove
1228           &&  type_of(move) != PROMOTION
1229           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1230           && !pos.passed_pawn_push(move))
1231       {
1232           futilityValue =  futilityBase
1233                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1234                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1235
1236           if (futilityValue < beta)
1237           {
1238               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1239               continue;
1240           }
1241
1242           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1243           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1244           if (   futilityBase < beta
1245               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1246           {
1247               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1248               continue;
1249           }
1250       }
1251
1252       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1253       evasionPrunable =    InCheck
1254                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1255                        && !pos.capture(move)
1256                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1257
1258       // Don't search moves with negative SEE values
1259       if (   !PvNode
1260           && (!InCheck || evasionPrunable)
1261           &&  move != ttMove
1262           &&  type_of(move) != PROMOTION
1263           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1264           continue;
1265
1266       // Check for legality only before to do the move
1267       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1268           continue;
1269
1270       ss->currentMove = move;
1271
1272       // Make and search the move
1273       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1274       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1275                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1276       pos.undo_move(move);
1277
1278       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1279
1280       // Check for new best move
1281       if (value > bestValue)
1282       {
1283           bestValue = value;
1284
1285           if (value > alpha)
1286           {
1287               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1288               {
1289                   alpha = value;
1290                   bestMove = move;
1291               }
1292               else // Fail high
1293               {
1294                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1295                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1296
1297                   return value;
1298               }
1299           }
1300        }
1301     }
1302
1303     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1304     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1305     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1306         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1307
1308     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1309              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1310              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1311
1312     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1313
1314     return bestValue;
1315   }
1316
1317
1318   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1319   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1320   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1321
1322   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     assert(v != VALUE_NONE);
1325
1326     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1327           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1328   }
1329
1330
1331   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1332   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1333   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1334
1335   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1336
1337     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1338           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1339           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1340   }
1341
1342
1343   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1344   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1345   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1346   // from a null search that fails low).
1347
1348   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1349
1350     assert(is_ok(first));
1351     assert(is_ok(second));
1352     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1353     assert(type_of(first) == CASTLE || color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1354
1355     Square m1from = from_sq(first);
1356     Square m2from = from_sq(second);
1357     Square m1to = to_sq(first);
1358     Square m2to = to_sq(second);
1359
1360     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1361     // We exclude the trivial case where a sliding piece does in two moves what
1362     // it could do in one move: eg. Ra1a2, Ra2a3.
1363     if (    m2to == m1from
1364         || (m1to == m2from && !squares_aligned(m1from, m2from, m2to)))
1365         return true;
1366
1367     // Second one moves through the square vacated by first one
1368     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1369       return true;
1370
1371     // Second's destination is defended by the first move's piece
1372     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1373     if (m1att & m2to)
1374         return true;
1375
1376     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1377     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1378     {
1379         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1380         return true;
1381     }
1382
1383     return false;
1384   }
1385
1386
1387   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1388   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1389   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1390
1391   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1392
1393     assert(is_ok(first));
1394     assert(is_ok(second));
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     // Don't prune moves of the threatened piece
1402     if (m1from == m2to)
1403         return true;
1404
1405     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1406     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1407     if (    pos.capture(second)
1408         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1409             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1410     {
1411         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1412         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1413         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1414
1415         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1416         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1417             return true;
1418
1419         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1420         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1421                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1422
1423         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1424         if (unlikely(xray) && (xray & ~pos.attacks_from<QUEEN>(m2to)))
1425             return true;
1426     }
1427
1428     // Don't prune safe moves which block the threat path
1429     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1430         return true;
1431
1432     return false;
1433   }
1434
1435
1436   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1437   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1438
1439   Move Skill::pick_move() {
1440
1441     static RKISS rk;
1442
1443     // PRNG sequence should be not deterministic
1444     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1445         rk.rand<unsigned>();
1446
1447     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1448     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1449     int weakness = 120 - 2 * level;
1450     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1451     best = MOVE_NONE;
1452
1453     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1454     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1455     // then we choose the move with the resulting highest score.
1456     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1457     {
1458         int s = RootMoves[i].score;
1459
1460         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1461         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1462             break;
1463
1464         // This is our magic formula
1465         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1466               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1467
1468         if (s > max_s)
1469         {
1470             max_s = s;
1471             best = RootMoves[i].pv[0];
1472         }
1473     }
1474     return best;
1475   }
1476
1477
1478   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1479   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1480   // the previous search score.
1481
1482   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1483
1484     std::stringstream s;
1485     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1486     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1487     int selDepth = 0;
1488
1489     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1490         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1491             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1492
1493     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1494     {
1495         bool updated = (i <= PVIdx);
1496
1497         if (depth == 1 && !updated)
1498             continue;
1499
1500         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1501         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1502
1503         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1504             s << "\n";
1505
1506         s << "info depth " << d
1507           << " seldepth "  << selDepth
1508           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1509           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1510           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1511           << " time "      << elapsed
1512           << " multipv "   << i + 1
1513           << " pv";
1514
1515         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1516             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1517     }
1518
1519     return s.str();
1520   }
1521
1522 } // namespace
1523
1524
1525 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1526 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1527 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1528 /// long PV to print that is important for position analysis.
1529
1530 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1531
1532   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1533   const TTEntry* tte;
1534   int ply = 0;
1535   Move m = pv[0];
1536
1537   pv.clear();
1538
1539   do {
1540       pv.push_back(m);
1541
1542       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1543
1544       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1545       tte = TT.probe(pos.key());
1546
1547   } while (   tte
1548            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1549            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces())
1550            && ply < MAX_PLY
1551            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1552
1553   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1554
1555   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1556 }
1557
1558
1559 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1560 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1561 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1562
1563 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1564
1565   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1566   const TTEntry* tte;
1567   int ply = 0;
1568
1569   do {
1570       tte = TT.probe(pos.key());
1571
1572       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1573           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1574
1575       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1576
1577       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1578
1579   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1580
1581   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1582 }
1583
1584
1585 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1586
1587 void Thread::idle_loop() {
1588
1589   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1590   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1591   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1592
1593   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1594
1595   while (true)
1596   {
1597       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1598       // wasting CPU time polling for work.
1599       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1600       {
1601           if (exit)
1602           {
1603               assert(!this_sp);
1604               return;
1605           }
1606
1607           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1608           mutex.lock();
1609
1610           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1611           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1612           {
1613               mutex.unlock();
1614               break;
1615           }
1616
1617           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1618           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1619           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1620           // we had the chance to grab the lock.
1621           if (!searching && !exit)
1622               sleepCondition.wait(mutex);
1623
1624           mutex.unlock();
1625       }
1626
1627       // If this thread has been assigned work, launch a search
1628       if (searching)
1629       {
1630           assert(!exit);
1631
1632           Threads.mutex.lock();
1633
1634           assert(searching);
1635           assert(activeSplitPoint);
1636           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1637
1638           Threads.mutex.unlock();
1639
1640           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1641           Position pos(*sp->pos, this);
1642
1643           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1644           ss->splitPoint = sp;
1645
1646           sp->mutex.lock();
1647
1648           assert(activePosition == NULL);
1649
1650           activePosition = &pos;
1651
1652           switch (sp->nodeType) {
1653           case Root:
1654               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1655               break;
1656           case PV:
1657               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1658               break;
1659           case NonPV:
1660               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1661               break;
1662           default:
1663               assert(false);
1664           }
1665
1666           assert(searching);
1667
1668           searching = false;
1669           activePosition = NULL;
1670           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1671           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1672
1673           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1674           // in case we are the last slave of the split point.
1675           if (    Threads.sleepWhileIdle
1676               &&  this != sp->masterThread
1677               && !sp->slavesMask)
1678           {
1679               assert(!sp->masterThread->searching);
1680               sp->masterThread->notify_one();
1681           }
1682
1683           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1684           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1685           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1686           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1687           sp->mutex.unlock();
1688       }
1689
1690       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1691       // their work at this split point, return from the idle loop.
1692       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1693       {
1694           this_sp->mutex.lock();
1695           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1696           this_sp->mutex.unlock();
1697           if (finished)
1698               return;
1699       }
1700   }
1701 }
1702
1703
1704 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1705 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1706 /// available time and so stop the search.
1707
1708 void check_time() {
1709
1710   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1711   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1712
1713   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1714   {
1715       lastInfoTime = Time::now();
1716       dbg_print();
1717   }
1718
1719   if (Limits.ponder)
1720       return;
1721
1722   if (Limits.nodes)
1723   {
1724       Threads.mutex.lock();
1725
1726       nodes = RootPos.nodes_searched();
1727
1728       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1729       // all the currently active positions nodes.
1730       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1731           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1732           {
1733               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1734
1735               sp.mutex.lock();
1736
1737               nodes += sp.nodes;
1738               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1739               while (sm)
1740               {
1741                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1742                   if (pos)
1743                       nodes += pos->nodes_searched();
1744               }
1745
1746               sp.mutex.unlock();
1747           }
1748
1749       Threads.mutex.unlock();
1750   }
1751
1752   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1753   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1754                          && !Signals.failedLowAtRoot
1755                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1756
1757   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1758                    || stillAtFirstMove;
1759
1760   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1761       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1762       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1763       Signals.stop = true;
1764 }