f24f33b91cfb48d63eb1ec60e81c7d90caff663b
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   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 refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.3 * pow(double(d), 1.8));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   StateInfo st;
158   size_t cnt = 0;
159   CheckInfo ci(pos);
160   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
161
162   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
163   {
164       pos.do_move(*it, st, ci, pos.move_gives_check(*it, ci));
165       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft(pos, depth - ONE_PLY);
166       pos.undo_move(*it);
167   }
168   return cnt;
169 }
170
171
172 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
173 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
174 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
175
176 void Search::think() {
177
178   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
179
180   RootColor = RootPos.side_to_move();
181   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
182
183   if (RootMoves.empty())
184   {
185       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
186       sync_cout << "info depth 0 score "
187                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
188                 << sync_endl;
189
190       goto finalize;
191   }
192
193   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
194   {
195       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
196
197       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
198       {
199           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
200           goto finalize;
201       }
202   }
203
204   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
205   {
206       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
207       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
208       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
209       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
210   }
211   else
212       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
213
214   if (Options["Use Search Log"])
215   {
216       Log log(Options["Search Log Filename"]);
217       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
218           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
219           << " ponder: "      << Limits.ponder
220           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
221           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
222           << " moves to go: " << Limits.movestogo
223           << std::endl;
224   }
225
226   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
227   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
228       Threads[i]->maxPly = 0;
229
230   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   Threads.timer->msec =
235   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
236                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
237                                : 100;
238
239   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
240
241   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
242
243   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
244   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
245
246   if (Options["Use Search Log"])
247   {
248       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
249
250       Log log(Options["Search Log Filename"]);
251       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
252           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
253           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
254
255       StateInfo st;
256       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
257       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
258       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
259   }
260
261 finalize:
262
263   // When search is stopped this info is not printed
264   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
265             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
266
267   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
268   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
269   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
270   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
271   // raise Signals.stop).
272   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
273   {
274       Signals.stopOnPonderhit = true;
275       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
276   }
277
278   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
279   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
280             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
281             << sync_endl;
282 }
283
284
285 namespace {
286
287   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
288   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
289   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291   void id_loop(Position& pos) {
292
293     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
294     int depth, prevBestMoveChanges;
295     Value bestValue, alpha, beta, delta;
296
297     memset(ss-1, 0, 4 * sizeof(Stack));
298     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
299
300     depth = BestMoveChanges = 0;
301     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
302     beta = VALUE_INFINITE;
303
304     TT.new_search();
305     History.clear();
306     Gains.clear();
307     Countermoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
323         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
324         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
325             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
326
327         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
328         BestMoveChanges = 0;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
342             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
346
347                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
348                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
349                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
350                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
351                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
352                 // the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
362                 // valid, although refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     return;
365
366                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
367                 // research, otherwise exit the loop.
368                 if (bestValue <= alpha)
369                 {
370                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
371
372                     Signals.failedLowAtRoot = true;
373                     Signals.stopOnPonderhit = false;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
377
378                 else
379                     break;
380
381                 delta += delta / 2;
382
383                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
384
385                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
386                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
387                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
388             }
389
390             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
391             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
392
393             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
394                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
395         }
396
397         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
398         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
399             skill.pick_move();
400
401         if (Options["Use Search Log"])
402         {
403             RootMove& rm = RootMoves[0];
404             if (skill.best != MOVE_NONE)
405                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
406
407             Log log(Options["Search Log Filename"]);
408             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
409                 << std::endl;
410         }
411
412         // Do we have found a "mate in x"?
413         if (   Limits.mate
414             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
415             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
416             Signals.stop = true;
417
418         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
419         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
420         {
421             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
422
423             // Take in account some extra time if the best move has changed
424             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
425                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
426
427             // Stop search if most of available time is already consumed. We
428             // probably don't have enough time to search the first move at the
429             // next iteration anyway.
430             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
431                 stop = true;
432
433             // Stop search early if one move seems to be much better than others
434             if (    depth >= 12
435                 && !stop
436                 &&  PVSize == 1
437                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
438                 && (   RootMoves.size() == 1
439                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
440             {
441                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
442                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
443                 ss->skipNullMove = true;
444                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
445                 ss->skipNullMove = false;
446                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
447
448                 if (v < rBeta)
449                     stop = true;
450             }
451
452             if (stop)
453             {
454                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
455                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
456                 if (Limits.ponder)
457                     Signals.stopOnPonderhit = true;
458                 else
459                     Signals.stop = true;
460             }
461         }
462     }
463   }
464
465
466   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
467   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
468   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
469   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
470   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
471   // here: This is taken care of after we return from the split point.
472
473   template <NodeType NT>
474   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
475
476     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
477     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
478     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
479
480     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
481     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
482     assert(depth > DEPTH_ZERO);
483
484     Move quietsSearched[64];
485     StateInfo st;
486     const TTEntry *tte;
487     SplitPoint* splitPoint;
488     Key posKey;
489     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
490     Depth ext, newDepth;
491     Value bestValue, value, ttValue;
492     Value eval, nullValue, futilityValue;
493     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
494     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
495     int moveCount, quietCount;
496
497     // Step 1. Initialize node
498     Thread* thisThread = pos.this_thread();
499     moveCount = quietCount = 0;
500     inCheck = pos.checkers();
501
502     if (SpNode)
503     {
504         splitPoint = ss->splitPoint;
505         bestMove   = splitPoint->bestMove;
506         threatMove = splitPoint->threatMove;
507         bestValue  = splitPoint->bestValue;
508         tte = NULL;
509         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
510         ttValue = VALUE_NONE;
511
512         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
513
514         goto split_point_start;
515     }
516
517     bestValue = -VALUE_INFINITE;
518     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
519     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
520     ss->futilityMoveCount = 0;
521     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
522     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
523
524     // Used to send selDepth info to GUI
525     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
526         thisThread->maxPly = ss->ply;
527
528     if (!RootNode)
529     {
530         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
531         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
532             return DrawValue[pos.side_to_move()];
533
534         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
535         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
536         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
537         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
538         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
539         // in this case return a fail-high score.
540         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
541         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
542         if (alpha >= beta)
543             return alpha;
544     }
545
546     // Step 4. Transposition table lookup
547     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
548     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
549     excludedMove = ss->excludedMove;
550     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
551     tte = TT.probe(posKey);
552     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
553     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
554
555     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
556     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
557     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
558     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
559     if (   !RootNode
560         && tte
561         && tte->depth() >= depth
562         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
563         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
564             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
565                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
566     {
567         TT.refresh(tte);
568         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
569
570         if (    ttValue >= beta
571             &&  ttMove
572             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
573             &&  ttMove != ss->killers[0])
574         {
575             ss->killers[1] = ss->killers[0];
576             ss->killers[0] = ttMove;
577         }
578         return ttValue;
579     }
580
581     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
582     if (inCheck)
583     {
584         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
585         goto iid_start;
586     }
587
588     else if (tte)
589     {
590         // Never assume anything on values stored in TT
591         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
592             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
593             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
594
595         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
596         if (ttValue != VALUE_NONE)
597             if (   ((tte->bound() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
598                 || ((tte->bound() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
599                 eval = ttValue;
600     }
601     else
602     {
603         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
604         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
605                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
606     }
607
608     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
609     // evaluation before and after the move.
610     if (   !pos.captured_piece_type()
611         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
612         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
613         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
614         &&  type_of(move) == NORMAL)
615     {
616         Square to = to_sq(move);
617         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
618     }
619
620     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
621     if (   !PvNode
622         &&  depth < 4 * ONE_PLY
623         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
624         &&  ttMove == MOVE_NONE
625         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
626         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
627     {
628         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
629         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
630         if (v < rbeta)
631             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
632             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
633             return v;
634     }
635
636     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
637     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
638     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
639     if (   !PvNode
640         && !ss->skipNullMove
641         &&  depth < 4 * ONE_PLY
642         &&  eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount) >= beta
643         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
644         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
645         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
646         return eval - futility_margin(depth, (ss-1)->futilityMoveCount);
647
648     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
649     if (   !PvNode
650         && !ss->skipNullMove
651         &&  depth > ONE_PLY
652         &&  eval >= beta
653         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
654         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
655     {
656         ss->currentMove = MOVE_NULL;
657
658         // Null move dynamic reduction based on depth
659         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
660
661         // Null move dynamic reduction based on value
662         if (eval - PawnValueMg > beta)
663             R += ONE_PLY;
664
665         pos.do_null_move(st);
666         (ss+1)->skipNullMove = true;
667         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
668                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
669         (ss+1)->skipNullMove = false;
670         pos.undo_null_move();
671
672         if (nullValue >= beta)
673         {
674             // Do not return unproven mate scores
675             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
676                 nullValue = beta;
677
678             if (depth < 12 * ONE_PLY)
679                 return nullValue;
680
681             // Do verification search at high depths
682             ss->skipNullMove = true;
683             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
684             ss->skipNullMove = false;
685
686             if (v >= beta)
687                 return nullValue;
688         }
689         else
690         {
691             // The null move failed low, which means that we may be faced with
692             // some kind of threat. If the previous move was reduced return a fail
693             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
694             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
695             if (   depth < 5 * ONE_PLY
696                 && (ss-1)->reduction
697                 && nullValue < beta - Value(128))
698                 return alpha;
699
700             threatMove = (ss+1)->currentMove;
701         }
702     }
703
704     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
705     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
706     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
707     // prune the previous move.
708     if (   !PvNode
709         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
710         && !ss->skipNullMove
711         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
712     {
713         Value rbeta = beta + 200;
714         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
715
716         assert(rdepth >= ONE_PLY);
717         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
718         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
719
720         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
721         CheckInfo ci(pos);
722
723         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
724             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
725             {
726                 ss->currentMove = move;
727                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
728                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
729                 pos.undo_move(move);
730                 if (value >= rbeta)
731                     return value;
732             }
733     }
734
735 iid_start: // When in check we skip early cut tests
736
737     // Step 10. Internal iterative deepening
738     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
739         && ttMove == MOVE_NONE
740         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
741     {
742         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
743
744         ss->skipNullMove = true;
745         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
746         ss->skipNullMove = false;
747
748         tte = TT.probe(posKey);
749         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
750     }
751
752 split_point_start: // At split points actual search starts from here
753
754     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
755     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
756                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
757
758     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
759     CheckInfo ci(pos);
760     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
761     singularExtensionNode =   !RootNode
762                            && !SpNode
763                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
764                            &&  ttMove != MOVE_NONE
765                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
766                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
767                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
768
769     // Step 11. Loop through moves
770     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
771     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
772     {
773       assert(is_ok(move));
774
775       if (move == excludedMove)
776           continue;
777
778       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
779       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
780       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
781       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
782           continue;
783
784       if (SpNode)
785       {
786           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
787           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
788               continue;
789
790           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
791           splitPoint->mutex.unlock();
792       }
793       else
794           moveCount++;
795
796       if (RootNode)
797       {
798           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
799
800           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
801               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
802                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
803                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
804       }
805
806       ext = DEPTH_ZERO;
807       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
808       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
809       dangerous =   givesCheck
810                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
811                  || type_of(move) == CASTLE;
812
813       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
814       if (PvNode && dangerous)
815           ext = ONE_PLY;
816
817       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
818           ext = ONE_PLY / 2;
819
820       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
821       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
822       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
823       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
824       // a margin then we extend ttMove.
825       if (    singularExtensionNode
826           &&  move == ttMove
827           && !ext
828           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
829           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
830       {
831           assert(ttValue != VALUE_NONE);
832
833           Value rBeta = ttValue - int(depth);
834           ss->excludedMove = move;
835           ss->skipNullMove = true;
836           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
837           ss->skipNullMove = false;
838           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
839
840           if (value < rBeta)
841               ext = ONE_PLY;
842       }
843
844       // Update current move (this must be done after singular extension search)
845       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
846
847       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
848       if (   !PvNode
849           && !captureOrPromotion
850           && !inCheck
851           && !dangerous
852        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
853           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
854       {
855           // Move count based pruning
856           if (   depth < 16 * ONE_PLY
857               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
858               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
859           {
860               if (SpNode)
861                   splitPoint->mutex.lock();
862
863               continue;
864           }
865
866           // Value based pruning
867           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
868           // but fixing this made program slightly weaker.
869           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
870           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
871                          + Gains[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
872
873           if (futilityValue < beta)
874           {
875               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
876
877               if (SpNode)
878               {
879                   splitPoint->mutex.lock();
880                   if (bestValue > splitPoint->bestValue)
881                       splitPoint->bestValue = bestValue;
882               }
883               continue;
884           }
885
886           // Prune moves with negative SEE at low depths
887           if (   predictedDepth < 4 * ONE_PLY
888               && pos.see_sign(move) < 0)
889           {
890               if (SpNode)
891                   splitPoint->mutex.lock();
892
893               continue;
894           }
895
896           // We have not pruned the move that will be searched, but remember how
897           // far in the move list we are to be more aggressive in the child node.
898           ss->futilityMoveCount = moveCount;
899       }
900       else
901           ss->futilityMoveCount = 0;
902
903       // Check for legality only before to do the move
904       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
905       {
906           moveCount--;
907           continue;
908       }
909
910       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
911       ss->currentMove = move;
912       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
913           quietsSearched[quietCount++] = move;
914
915       // Step 14. Make the move
916       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
917
918       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
919       // re-searched at full depth.
920       if (    depth > 3 * ONE_PLY
921           && !pvMove
922           && !captureOrPromotion
923           && !dangerous
924           &&  move != ttMove
925           &&  move != ss->killers[0]
926           &&  move != ss->killers[1])
927       {
928           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
929
930           if (!PvNode && cutNode)
931               ss->reduction += ONE_PLY;
932
933           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
934               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction-ONE_PLY);
935
936           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
937           if (SpNode)
938               alpha = splitPoint->alpha;
939
940           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
941
942           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
943           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
944       }
945       else
946           doFullDepthSearch = !pvMove;
947
948       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
949       if (doFullDepthSearch)
950       {
951           if (SpNode)
952               alpha = splitPoint->alpha;
953
954           value = newDepth < ONE_PLY ?
955                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
958       }
959
960       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
961       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
962       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
963       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
964           value = newDepth < ONE_PLY ?
965                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
966                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
967                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
968       // Step 17. Undo move
969       pos.undo_move(move);
970
971       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
972
973       // Step 18. Check for new best move
974       if (SpNode)
975       {
976           splitPoint->mutex.lock();
977           bestValue = splitPoint->bestValue;
978           alpha = splitPoint->alpha;
979       }
980
981       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
982       // was aborted because the user interrupted the search or because we
983       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
984       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
985       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
986           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
987
988       if (RootNode)
989       {
990           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
991
992           // PV move or new best move ?
993           if (pvMove || value > alpha)
994           {
995               rm.score = value;
996               rm.extract_pv_from_tt(pos);
997
998               // We record how often the best move has been changed in each
999               // iteration. This information is used for time management: When
1000               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1001               if (!pvMove)
1002                   BestMoveChanges++;
1003           }
1004           else
1005               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1006               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1007               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1008               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1009       }
1010
1011       if (value > bestValue)
1012       {
1013           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1014
1015           if (value > alpha)
1016           {
1017               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1018
1019               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1020                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1021               else
1022               {
1023                   assert(value >= beta); // Fail high
1024
1025                   if (SpNode)
1026                       splitPoint->cutoff = true;
1027
1028                   break;
1029               }
1030           }
1031       }
1032
1033       // Step 19. Check for splitting the search
1034       if (   !SpNode
1035           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1036           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1037           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1038       {
1039           assert(bestValue < beta);
1040
1041           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1042                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1043           if (bestValue >= beta)
1044               break;
1045       }
1046     }
1047
1048     if (SpNode)
1049         return bestValue;
1050
1051     // Step 20. Check for mate and stalemate
1052     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1053     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1054     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1055     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1056     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1057     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1058     if (!moveCount)
1059         return  excludedMove ? alpha
1060               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1061
1062     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1063     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1064         bestValue = alpha;
1065
1066     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1067              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1068              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1069              depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1070
1071     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1072     if (    bestValue >= beta
1073         && !pos.is_capture_or_promotion(bestMove)
1074         && !inCheck)
1075     {
1076         if (ss->killers[0] != bestMove)
1077         {
1078             ss->killers[1] = ss->killers[0];
1079             ss->killers[0] = bestMove;
1080         }
1081
1082         // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1083         // played non-capture moves.
1084         Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1085         History.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1086         for (int i = 0; i < quietCount - 1; i++)
1087         {
1088             Move m = quietsSearched[i];
1089             History.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1090         }
1091
1092         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1093             Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, bestMove);
1094     }
1095
1096     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1097
1098     return bestValue;
1099   }
1100
1101
1102   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1103   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1104   // less than ONE_PLY).
1105
1106   template <NodeType NT, bool InCheck>
1107   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1108
1109     const bool PvNode = (NT == PV);
1110
1111     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1112     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1113     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1114     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1115     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1116
1117     StateInfo st;
1118     const TTEntry* tte;
1119     Key posKey;
1120     Move ttMove, move, bestMove;
1121     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1122     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1123     Depth ttDepth;
1124
1125     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1126     if (PvNode)
1127         oldAlpha = alpha;
1128
1129     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1130     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1131
1132     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1133     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1134         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1135
1136     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1137     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1138     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1139     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1140                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1141
1142     // Transposition table lookup
1143     posKey = pos.key();
1144     tte = TT.probe(posKey);
1145     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1146     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1147
1148     if (   tte
1149         && tte->depth() >= ttDepth
1150         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1151         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1152             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1153                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1154     {
1155         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1156         return ttValue;
1157     }
1158
1159     // Evaluate the position statically
1160     if (InCheck)
1161     {
1162         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1163         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1164         enoughMaterial = false;
1165     }
1166     else
1167     {
1168         if (tte)
1169         {
1170             // Never assume anything on values stored in TT
1171             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1172                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1173                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1174         }
1175         else
1176             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1177
1178         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1179         if (bestValue >= beta)
1180         {
1181             if (!tte)
1182                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1183                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1184
1185             return bestValue;
1186         }
1187
1188         if (PvNode && bestValue > alpha)
1189             alpha = bestValue;
1190
1191         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1192         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1193     }
1194
1195     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1196     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1197     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1198     // be generated.
1199     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1200     CheckInfo ci(pos);
1201
1202     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1203     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1204     {
1205       assert(is_ok(move));
1206
1207       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1208
1209       // Futility pruning
1210       if (   !PvNode
1211           && !InCheck
1212           && !givesCheck
1213           &&  move != ttMove
1214           &&  enoughMaterial
1215           &&  type_of(move) != PROMOTION
1216           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1217       {
1218           futilityValue =  futilityBase
1219                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1220                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1221
1222           if (futilityValue < beta)
1223           {
1224               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1225               continue;
1226           }
1227
1228           // Prune moves with negative or equal SEE and also moves with positive
1229           // SEE where capturing piece loses a tempo and SEE < beta - futilityBase.
1230           if (   futilityBase < beta
1231               && pos.see(move, beta - futilityBase) <= 0)
1232           {
1233               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1234               continue;
1235           }
1236       }
1237
1238       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1239       evasionPrunable =   !PvNode
1240                        &&  InCheck
1241                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1242                        && !pos.is_capture(move)
1243                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1244
1245       // Don't search moves with negative SEE values
1246       if (   !PvNode
1247           && (!InCheck || evasionPrunable)
1248           &&  move != ttMove
1249           &&  type_of(move) != PROMOTION
1250           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1251           continue;
1252
1253       // Don't search useless checks
1254       if (   !PvNode
1255           && !InCheck
1256           &&  givesCheck
1257           &&  move != ttMove
1258           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1259           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1260           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1261           continue;
1262
1263       // Check for legality only before to do the move
1264       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1265           continue;
1266
1267       ss->currentMove = move;
1268
1269       // Make and search the move
1270       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1271       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1272                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1273       pos.undo_move(move);
1274
1275       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1276
1277       // Check for new best move
1278       if (value > bestValue)
1279       {
1280           bestValue = value;
1281
1282           if (value > alpha)
1283           {
1284               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1285               {
1286                   alpha = value;
1287                   bestMove = move;
1288               }
1289               else // Fail high
1290               {
1291                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1292                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1293
1294                   return value;
1295               }
1296           }
1297        }
1298     }
1299
1300     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1301     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1302     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1303         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1304
1305     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1306              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1307              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1308
1309     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1310
1311     return bestValue;
1312   }
1313
1314
1315   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1316   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1317   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1318
1319   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1320
1321     assert(v != VALUE_NONE);
1322
1323     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1324           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1325   }
1326
1327
1328   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1329   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1330   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1331
1332   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1333
1334     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1335           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1336           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1337   }
1338
1339
1340   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1341
1342   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1343   {
1344     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1345     Square from = from_sq(move);
1346     Square to = to_sq(move);
1347     Color them = ~pos.side_to_move();
1348     Square ksq = pos.king_square(them);
1349     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1350     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1351     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1352     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1353     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1354
1355     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1356     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1357         return true;
1358
1359     // Queen contact check is very dangerous
1360     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1361         return true;
1362
1363     // Creating new double threats with checks is dangerous
1364     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1365     while (b)
1366     {
1367         // Note that here we generate illegal "double move"!
1368         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1369             return true;
1370     }
1371
1372     return false;
1373   }
1374
1375
1376   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1377   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1378   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1379
1380   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1381
1382     assert(is_ok(first));
1383     assert(is_ok(second));
1384
1385     Square m1from = from_sq(first);
1386     Square m2from = from_sq(second);
1387     Square m1to = to_sq(first);
1388     Square m2to = to_sq(second);
1389
1390     // Don't prune moves of the threatened piece
1391     if (m1from == m2to)
1392         return true;
1393
1394     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1395     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1396     if (    pos.is_capture(second)
1397         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1398             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1399     {
1400         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1401         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1402         Piece pc = pos.piece_on(m1from);
1403
1404         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1405         if (pos.attacks_from(pc, m1to, occ) & m2to)
1406             return true;
1407
1408         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1409         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, ROOK))
1410                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(pc), QUEEN, BISHOP));
1411
1412         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1413         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1414             return true;
1415     }
1416
1417     // Don't prune safe moves which block the threat path
1418     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1419         return true;
1420
1421     return false;
1422   }
1423
1424
1425   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1426   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1427
1428   Move Skill::pick_move() {
1429
1430     static RKISS rk;
1431
1432     // PRNG sequence should be not deterministic
1433     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1434         rk.rand<unsigned>();
1435
1436     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1437     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1438     int weakness = 120 - 2 * level;
1439     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1440     best = MOVE_NONE;
1441
1442     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1443     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1444     // then we choose the move with the resulting highest score.
1445     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1446     {
1447         int s = RootMoves[i].score;
1448
1449         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1450         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1451             break;
1452
1453         // This is our magic formula
1454         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1455               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1456
1457         if (s > max_s)
1458         {
1459             max_s = s;
1460             best = RootMoves[i].pv[0];
1461         }
1462     }
1463     return best;
1464   }
1465
1466
1467   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1468   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1469   // the previous search score.
1470
1471   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1472
1473     std::stringstream s;
1474     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1475     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1476     int selDepth = 0;
1477
1478     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1479         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1480             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1481
1482     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1483     {
1484         bool updated = (i <= PVIdx);
1485
1486         if (depth == 1 && !updated)
1487             continue;
1488
1489         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1490         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1491
1492         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1493             s << "\n";
1494
1495         s << "info depth " << d
1496           << " seldepth "  << selDepth
1497           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1498           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1499           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1500           << " time "      << elapsed
1501           << " multipv "   << i + 1
1502           << " pv";
1503
1504         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1505             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1506     }
1507
1508     return s.str();
1509   }
1510
1511 } // namespace
1512
1513
1514 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1515 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1516 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1517 /// long PV to print that is important for position analysis.
1518
1519 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1520
1521   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1522   const TTEntry* tte;
1523   int ply = 0;
1524   Move m = pv[0];
1525
1526   pv.clear();
1527
1528   do {
1529       pv.push_back(m);
1530
1531       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1532
1533       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1534       tte = TT.probe(pos.key());
1535
1536   } while (   tte
1537            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1538            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1539            && ply < MAX_PLY
1540            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1541
1542   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1543
1544   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1545 }
1546
1547
1548 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1549 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1550 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1551
1552 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1553
1554   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1555   const TTEntry* tte;
1556   int ply = 0;
1557
1558   do {
1559       tte = TT.probe(pos.key());
1560
1561       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1562           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1563
1564       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1565
1566       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1567
1568   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1569
1570   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1571 }
1572
1573
1574 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1575
1576 void Thread::idle_loop() {
1577
1578   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1579   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1580   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1581
1582   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1583
1584   while (true)
1585   {
1586       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1587       // wasting CPU time polling for work.
1588       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1589       {
1590           if (exit)
1591           {
1592               assert(!this_sp);
1593               return;
1594           }
1595
1596           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1597           mutex.lock();
1598
1599           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1600           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1601           {
1602               mutex.unlock();
1603               break;
1604           }
1605
1606           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1607           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1608           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1609           // we had the chance to grab the lock.
1610           if (!searching && !exit)
1611               sleepCondition.wait(mutex);
1612
1613           mutex.unlock();
1614       }
1615
1616       // If this thread has been assigned work, launch a search
1617       if (searching)
1618       {
1619           assert(!exit);
1620
1621           Threads.mutex.lock();
1622
1623           assert(searching);
1624           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1625
1626           Threads.mutex.unlock();
1627
1628           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_2], *ss = stack+1; // To allow referencing (ss-1)
1629           Position pos(*sp->pos, this);
1630
1631           memcpy(ss-1, sp->ss-1, 4 * sizeof(Stack));
1632           ss->splitPoint = sp;
1633
1634           sp->mutex.lock();
1635
1636           assert(activePosition == NULL);
1637
1638           activePosition = &pos;
1639
1640           switch (sp->nodeType) {
1641           case Root:
1642               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1643               break;
1644           case PV:
1645               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1646               break;
1647           case NonPV:
1648               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1649               break;
1650           default:
1651               assert(false);
1652           }
1653
1654           assert(searching);
1655
1656           searching = false;
1657           activePosition = NULL;
1658           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1659           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1660
1661           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1662           // in case we are the last slave of the split point.
1663           if (    Threads.sleepWhileIdle
1664               &&  this != sp->masterThread
1665               && !sp->slavesMask)
1666           {
1667               assert(!sp->masterThread->searching);
1668               sp->masterThread->notify_one();
1669           }
1670
1671           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1672           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1673           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1674           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1675           sp->mutex.unlock();
1676       }
1677
1678       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1679       // their work at this split point, return from the idle loop.
1680       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1681       {
1682           this_sp->mutex.lock();
1683           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1684           this_sp->mutex.unlock();
1685           if (finished)
1686               return;
1687       }
1688   }
1689 }
1690
1691
1692 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1693 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1694 /// available time and so stop the search.
1695
1696 void check_time() {
1697
1698   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1699   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1700
1701   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1702   {
1703       lastInfoTime = Time::now();
1704       dbg_print();
1705   }
1706
1707   if (Limits.ponder)
1708       return;
1709
1710   if (Limits.nodes)
1711   {
1712       Threads.mutex.lock();
1713
1714       nodes = RootPos.nodes_searched();
1715
1716       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1717       // all the currently active positions nodes.
1718       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1719           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1720           {
1721               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1722
1723               sp.mutex.lock();
1724
1725               nodes += sp.nodes;
1726               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1727               while (sm)
1728               {
1729                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1730                   if (pos)
1731                       nodes += pos->nodes_searched();
1732               }
1733
1734               sp.mutex.unlock();
1735           }
1736
1737       Threads.mutex.unlock();
1738   }
1739
1740   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1741   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1742                          && !Signals.failedLowAtRoot
1743                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1744
1745   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1746                    || stillAtFirstMove;
1747
1748   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1749       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1750       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1751       Signals.stop = true;
1752 }