Reintroduce eval optimizaion from null search
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
103   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * MaterialTable::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Use Search Log"])
403         {
404             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
410         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
411             bestMoveNeverChanged = false;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
417
418             // Take in account some extra time if the best move has changed
419             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
420                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
421
422             // Stop search if most of available time is already consumed. We
423             // probably don't have enough time to search the first move at the
424             // next iteration anyway.
425             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
426                 stop = true;
427
428             // Stop search early if one move seems to be much better than others
429             if (    depth >= 12
430                 && !stop
431                 &&  PVSize == 1
432                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
433                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
434             {
435                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
436                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
437                 (ss+1)->skipNullMove = true;
438                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
439                 (ss+1)->skipNullMove = false;
440                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
441
442                 if (v < rBeta)
443                     stop = true;
444             }
445
446             if (stop)
447             {
448                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
449                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
450                 if (Limits.ponder)
451                     Signals.stopOnPonderhit = true;
452                 else
453                     Signals.stop = true;
454             }
455         }
456     }
457   }
458
459
460   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
461   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
462   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
463   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
464   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
465   // here: This is taken care of after we return from the split point.
466
467   template <NodeType NT>
468   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
469
470     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
472     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
473
474     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
475     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
476     assert(depth > DEPTH_ZERO);
477
478     Move movesSearched[64];
479     StateInfo st;
480     const TTEntry *tte;
481     SplitPoint* sp;
482     Key posKey;
483     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
484     Depth ext, newDepth;
485     Value bestValue, value, ttValue;
486     Value eval, nullValue, futilityValue;
487     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
488     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
489     int moveCount, playedMoveCount;
490
491     // Step 1. Initialize node
492     Thread* thisThread = pos.this_thread();
493     moveCount = playedMoveCount = 0;
494     inCheck = pos.in_check();
495
496     if (SpNode)
497     {
498         sp = ss->sp;
499         bestMove   = sp->bestMove;
500         threatMove = sp->threatMove;
501         bestValue  = sp->bestValue;
502         tte = NULL;
503         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
504         ttValue = VALUE_NONE;
505
506         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
507
508         goto split_point_start;
509     }
510
511     bestValue = -VALUE_INFINITE;
512     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
513     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
514     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
515     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
516
517     // Used to send selDepth info to GUI
518     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
519         thisThread->maxPly = ss->ply;
520
521     if (!RootNode)
522     {
523         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
524         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
525             return DrawValue[pos.side_to_move()];
526
527         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
528         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
529         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
530         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
531         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
532         // in this case return a fail-high score.
533         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
534         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     // Step 4. Transposition table lookup
540     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
541     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
542     excludedMove = ss->excludedMove;
543     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
544     tte = TT.probe(posKey);
545     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
546     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
547
548     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
549     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
550     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
551     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
552     if (   !RootNode
553         && tte
554         && tte->depth() >= depth
555         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
556         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
557             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
558                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
559     {
560         TT.refresh(tte);
561         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
562
563         if (    ttValue >= beta
564             &&  ttMove
565             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
566             &&  ttMove != ss->killers[0])
567         {
568             ss->killers[1] = ss->killers[0];
569             ss->killers[0] = ttMove;
570         }
571         return ttValue;
572     }
573
574     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
575     if (inCheck)
576         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
577     else
578     {
579         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
580
581         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
582         if (tte && ttValue != VALUE_NONE)
583         {
584             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
585                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
586                 eval = ttValue;
587         }
588     }
589
590     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
591     // evaluation before and after the move.
592     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
593         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
594         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
595         && !pos.captured_piece_type()
596         &&  type_of(move) == NORMAL)
597     {
598         Square to = to_sq(move);
599         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
600     }
601
602     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
603     if (   !PvNode
604         &&  depth < 4 * ONE_PLY
605         && !inCheck
606         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
607         &&  ttMove == MOVE_NONE
608         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
609         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
610     {
611         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
612         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
613         if (v < rbeta)
614             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
615             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
616             return v;
617     }
618
619     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
620     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
621     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
622     if (   !PvNode
623         && !ss->skipNullMove
624         &&  depth < 4 * ONE_PLY
625         && !inCheck
626         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
627         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
628         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
629         return eval - FutilityMargins[depth][0];
630
631     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
632     if (   !PvNode
633         && !ss->skipNullMove
634         &&  depth > ONE_PLY
635         && !inCheck
636         &&  eval >= beta
637         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
638         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
639     {
640         ss->currentMove = MOVE_NULL;
641
642         // Null move dynamic reduction based on depth
643         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
644
645         // Null move dynamic reduction based on value
646         if (eval - PawnValueMg > beta)
647             R += ONE_PLY;
648
649         pos.do_null_move<true>(st);
650         (ss+1)->skipNullMove = true;
651         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
652                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
653         (ss+1)->skipNullMove = false;
654         pos.do_null_move<false>(st);
655
656         if (nullValue >= beta)
657         {
658             // Do not return unproven mate scores
659             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
660                 nullValue = beta;
661
662             if (depth < 6 * ONE_PLY)
663                 return nullValue;
664
665             // Do verification search at high depths
666             ss->skipNullMove = true;
667             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
668             ss->skipNullMove = false;
669
670             if (v >= beta)
671                 return nullValue;
672         }
673         else
674         {
675             // The null move failed low, which means that we may be faced with
676             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
677             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
678             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
679             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
680             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
681             threatMove = (ss+1)->currentMove;
682
683             if (   depth < 5 * ONE_PLY
684                 && (ss-1)->reduction
685                 && threatMove != MOVE_NONE
686                 && yields_to_threat(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
687                 return beta - 1;
688         }
689     }
690
691     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
692     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
693     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
694     // prune the previous move.
695     if (   !PvNode
696         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
697         && !inCheck
698         && !ss->skipNullMove
699         &&  excludedMove == MOVE_NONE
700         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
701     {
702         Value rbeta = beta + 200;
703         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
704
705         assert(rdepth >= ONE_PLY);
706         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
707         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
708
709         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
710         CheckInfo ci(pos);
711
712         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
713             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
714             {
715                 ss->currentMove = move;
716                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
717                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
718                 pos.undo_move(move);
719                 if (value >= rbeta)
720                     return value;
721             }
722     }
723
724     // Step 10. Internal iterative deepening
725     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
726         && ttMove == MOVE_NONE
727         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
728     {
729         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
730
731         ss->skipNullMove = true;
732         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
733         ss->skipNullMove = false;
734
735         tte = TT.probe(posKey);
736         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
737     }
738
739 split_point_start: // At split points actual search starts from here
740
741     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
742     CheckInfo ci(pos);
743     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
744     singularExtensionNode =   !RootNode
745                            && !SpNode
746                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
747                            &&  ttMove != MOVE_NONE
748                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
749                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
750                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
751
752     // Step 11. Loop through moves
753     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
754     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
755     {
756       assert(is_ok(move));
757
758       if (move == excludedMove)
759           continue;
760
761       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
762       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
763       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
764       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
765           continue;
766
767       if (SpNode)
768       {
769           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
770           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
771               continue;
772
773           moveCount = ++sp->moveCount;
774           sp->mutex.unlock();
775       }
776       else
777           moveCount++;
778
779       if (RootNode)
780       {
781           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
782
783           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
784               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
785                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
786                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
787       }
788
789       ext = DEPTH_ZERO;
790       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
791       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
792       dangerous =   givesCheck
793                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
794                  || type_of(move) == CASTLE
795                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
796                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
797                      && type_of(move) == NORMAL
798                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
799                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
800
801       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
802       if (PvNode && dangerous)
803           ext = ONE_PLY;
804
805       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
806           ext = ONE_PLY / 2;
807
808       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
809       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
810       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
811       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
812       // a margin then we extend ttMove.
813       if (    singularExtensionNode
814           &&  move == ttMove
815           && !ext
816           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
817           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
818       {
819           assert(ttValue != VALUE_NONE);
820
821           Value rBeta = ttValue - int(depth);
822           ss->excludedMove = move;
823           ss->skipNullMove = true;
824           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
825           ss->skipNullMove = false;
826           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
827
828           if (value < rBeta)
829               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
830       }
831
832       // Update current move (this must be done after singular extension search)
833       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
834
835       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
836       if (   !PvNode
837           && !captureOrPromotion
838           && !inCheck
839           && !dangerous
840           &&  move != ttMove
841           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
842                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
843       {
844           // Move count based pruning
845           if (   depth < 16 * ONE_PLY
846               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
847               && (!threatMove || !prevents_threat(pos, move, threatMove)))
848           {
849               if (SpNode)
850                   sp->mutex.lock();
851
852               continue;
853           }
854
855           // Value based pruning
856           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
857           // but fixing this made program slightly weaker.
858           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
859           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
860                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
861
862           if (futilityValue < beta)
863           {
864               if (SpNode)
865                   sp->mutex.lock();
866
867               continue;
868           }
869
870           // Prune moves with negative SEE at low depths
871           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
872               && pos.see_sign(move) < 0)
873           {
874               if (SpNode)
875                   sp->mutex.lock();
876
877               continue;
878           }
879       }
880
881       // Check for legality only before to do the move
882       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
883       {
884           moveCount--;
885           continue;
886       }
887
888       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
889       ss->currentMove = move;
890       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
891           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
892
893       // Step 14. Make the move
894       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
895
896       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
897       // re-searched at full depth.
898       if (    depth > 3 * ONE_PLY
899           && !pvMove
900           && !captureOrPromotion
901           && !dangerous
902           &&  ss->killers[0] != move
903           &&  ss->killers[1] != move)
904       {
905           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
906           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
907           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
908
909           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
910
911           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
912           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
913       }
914       else
915           doFullDepthSearch = !pvMove;
916
917       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
918       if (doFullDepthSearch)
919       {
920           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
921           value = newDepth < ONE_PLY ?
922                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
923                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
924                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
925       }
926
927       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
928       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
929       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
930       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
931           value = newDepth < ONE_PLY ?
932                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
933                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
934                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
935       // Step 17. Undo move
936       pos.undo_move(move);
937
938       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
939
940       // Step 18. Check for new best move
941       if (SpNode)
942       {
943           sp->mutex.lock();
944           bestValue = sp->bestValue;
945           alpha = sp->alpha;
946       }
947
948       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
949       // was aborted because the user interrupted the search or because we
950       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
951       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
952       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
953           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
954
955       if (RootNode)
956       {
957           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
958
959           // PV move or new best move ?
960           if (pvMove || value > alpha)
961           {
962               rm.score = value;
963               rm.extract_pv_from_tt(pos);
964
965               // We record how often the best move has been changed in each
966               // iteration. This information is used for time management: When
967               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
968               if (!pvMove)
969                   BestMoveChanges++;
970           }
971           else
972               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
973               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
974               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
975               rm.score = -VALUE_INFINITE;
976       }
977
978       if (value > bestValue)
979       {
980           bestValue = value;
981           if (SpNode) sp->bestValue = value;
982
983           if (value > alpha)
984           {
985               bestMove = move;
986               if (SpNode) sp->bestMove = move;
987
988               if (PvNode && value < beta)
989               {
990                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
991                   if (SpNode) sp->alpha = value;
992               }
993               else
994               {
995                   assert(value >= beta); // Fail high
996
997                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
998                   break;
999               }
1000           }
1001       }
1002
1003       // Step 19. Check for splitting the search
1004       if (   !SpNode
1005           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1006           &&  bestValue < beta
1007           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1008       {
1009           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1010                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1011           if (bestValue >= beta)
1012               break;
1013       }
1014     }
1015
1016     if (SpNode)
1017         return bestValue;
1018
1019     // Step 20. Check for mate and stalemate
1020     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1021     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1022     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1023     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1024     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1025     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1026     if (!moveCount)
1027         return  excludedMove ? alpha
1028               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1029
1030     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1031     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1032     {
1033         assert(!playedMoveCount);
1034
1035         bestValue = alpha;
1036     }
1037
1038     if (bestValue >= beta) // Failed high
1039     {
1040         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth, bestMove);
1041
1042         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1043         {
1044             if (bestMove != ss->killers[0])
1045             {
1046                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1047                 ss->killers[0] = bestMove;
1048             }
1049
1050             // Increase history value of the cut-off move
1051             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1052             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1053
1054             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1055             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1056             {
1057                 Move m = movesSearched[i];
1058                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1059             }
1060         }
1061     }
1062     else // Failed low or PV search
1063         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1064                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1065                  depth, bestMove);
1066
1067     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1068
1069     return bestValue;
1070   }
1071
1072
1073   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1074   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1075   // less than ONE_PLY).
1076
1077   template <NodeType NT, bool InCheck>
1078   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1079
1080     const bool PvNode = (NT == PV);
1081
1082     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1083     assert(InCheck == pos.in_check());
1084     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1085     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1086     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1087
1088     StateInfo st;
1089     const TTEntry* tte;
1090     Key posKey;
1091     Move ttMove, move, bestMove;
1092     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1093     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable, fromNull;
1094     Depth ttDepth;
1095
1096     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1097     if (PvNode)
1098         oldAlpha = alpha;
1099
1100     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1101     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1102     fromNull = (ss-1)->currentMove == MOVE_NULL;
1103
1104     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1105     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1106         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1107
1108     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1109     // pruning, but only for move ordering.
1110     posKey = pos.key();
1111     tte = TT.probe(posKey);
1112     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1113     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1114
1115     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1116     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1117     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1118     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1119                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1120     if (   tte
1121         && tte->depth() >= ttDepth
1122         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1123         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1124             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1125                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1126     {
1127         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1128         return ttValue;
1129     }
1130
1131     // Evaluate the position statically
1132     if (InCheck)
1133     {
1134         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1135         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1136         enoughMaterial = false;
1137     }
1138     else
1139     {
1140         if (fromNull)
1141         {
1142             // Approximated score. Real one is slightly higher due to tempo
1143             ss->staticEval = bestValue = -(ss-1)->staticEval;
1144             ss->evalMargin = VALUE_ZERO;
1145         }
1146         else
1147             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1148
1149         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1150         if (bestValue >= beta)
1151         {
1152             if (!tte)
1153                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE);
1154
1155             return bestValue;
1156         }
1157
1158         if (PvNode && bestValue > alpha)
1159             alpha = bestValue;
1160
1161         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1162         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1163     }
1164
1165     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1166     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1167     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1168     // be generated.
1169     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1170     CheckInfo ci(pos);
1171
1172     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1173     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1174     {
1175       assert(is_ok(move));
1176
1177       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1178
1179       // Futility pruning
1180       if (   !PvNode
1181           && !InCheck
1182           && !fromNull
1183           && !givesCheck
1184           &&  move != ttMove
1185           &&  enoughMaterial
1186           &&  type_of(move) != PROMOTION
1187           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1188       {
1189           futilityValue =  futilityBase
1190                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1191                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1192
1193           if (futilityValue < beta)
1194           {
1195               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1196               continue;
1197           }
1198
1199           // Prune moves with negative or equal SEE
1200           if (   futilityBase < beta
1201               && depth < DEPTH_ZERO
1202               && pos.see(move) <= 0)
1203           {
1204               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1205               continue;
1206           }
1207       }
1208
1209       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1210       evasionPrunable =   !PvNode
1211                        &&  InCheck
1212                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1213                        && !pos.is_capture(move)
1214                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1215
1216       // Don't search moves with negative SEE values
1217       if (   !PvNode
1218           && (!InCheck || evasionPrunable)
1219           &&  move != ttMove
1220           &&  type_of(move) != PROMOTION
1221           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1222           continue;
1223
1224       // Don't search useless checks
1225       if (   !PvNode
1226           && !InCheck
1227           &&  givesCheck
1228           &&  move != ttMove
1229           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1230           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1231           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1232           continue;
1233
1234       // Check for legality only before to do the move
1235       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1236           continue;
1237
1238       ss->currentMove = move;
1239
1240       // Make and search the move
1241       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1242       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1243                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1244       pos.undo_move(move);
1245
1246       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1247
1248       // Check for new best move
1249       if (value > bestValue)
1250       {
1251           bestValue = value;
1252
1253           if (value > alpha)
1254           {
1255               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1256               {
1257                   alpha = value;
1258                   bestMove = move;
1259               }
1260               else // Fail high
1261               {
1262                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER, ttDepth, move);
1263                   return value;
1264               }
1265           }
1266        }
1267     }
1268
1269     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1270     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1271     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1272         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1273
1274     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1275              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1276              ttDepth, bestMove);
1277
1278     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1279
1280     return bestValue;
1281   }
1282
1283
1284   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1285   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1286   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1287
1288   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1289
1290     assert(v != VALUE_NONE);
1291
1292     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1293           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1294   }
1295
1296
1297   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1298   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1299   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1300
1301   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1302
1303     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1304           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1305           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1306   }
1307
1308
1309   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1310
1311   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1312   {
1313     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1314     Square from = from_sq(move);
1315     Square to = to_sq(move);
1316     Color them = ~pos.side_to_move();
1317     Square ksq = pos.king_square(them);
1318     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1319     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1320     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1321     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1322     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1323
1324     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1325     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1326         return true;
1327
1328     // Queen contact check is very dangerous
1329     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1330         return true;
1331
1332     // Creating new double threats with checks is dangerous
1333     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1334     while (b)
1335     {
1336         // Note that here we generate illegal "double move"!
1337         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1338             return true;
1339     }
1340
1341     return false;
1342   }
1343
1344
1345   // yields_to_threat() tests whether the move at previous ply yields to the so
1346   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1347   // low). Here 'yields to' means that the move somehow made the threat possible
1348   // for instance if the moving piece is the same in both moves.
1349
1350   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1351
1352     assert(is_ok(move));
1353     assert(is_ok(threat));
1354     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(threat))) == ~pos.side_to_move());
1355
1356     Square mfrom = from_sq(move);
1357     Square mto = to_sq(move);
1358     Square tfrom = from_sq(threat);
1359     Square tto = to_sq(threat);
1360
1361     // The piece is the same or threat's destination was vacated by the move
1362     if (mto == tfrom || tto == mfrom)
1363         return true;
1364
1365     // Threat moves through the vacated square
1366     if (between_bb(tfrom, tto) & mfrom)
1367       return true;
1368
1369     // Threat's destination is defended by the move's piece
1370     Bitboard matt = pos.attacks_from(pos.piece_on(mto), mto, pos.pieces() ^ tfrom);
1371     if (matt & tto)
1372         return true;
1373
1374     // Threat gives a discovered check through the move's checking piece
1375     if (matt & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1376     {
1377         assert(between_bb(mto, pos.king_square(pos.side_to_move())) & tfrom);
1378         return true;
1379     }
1380
1381     return false;
1382   }
1383
1384
1385   // prevents_threat() tests whether a move is able to defend against the so
1386   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1387   // low). In this case will not be pruned.
1388
1389   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1390
1391     assert(is_ok(move));
1392     assert(is_ok(threat));
1393     assert(!pos.is_capture_or_promotion(move));
1394     assert(!pos.is_passed_pawn_push(move));
1395
1396     Square mfrom = from_sq(move);
1397     Square mto = to_sq(move);
1398     Square tfrom = from_sq(threat);
1399     Square tto = to_sq(threat);
1400
1401     // Don't prune moves of the threatened piece
1402     if (mfrom == tto)
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.is_capture(threat)
1408         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1409             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING))
1410     {
1411         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1412         Bitboard occ = pos.pieces() ^ mfrom ^ mto ^ tfrom;
1413         Piece piece = pos.piece_on(mfrom);
1414
1415         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1416         if (pos.attacks_from(piece, mto, occ) & tto)
1417             return true;
1418
1419         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1420         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1421                        | (attacks_bb<BISHOP>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1422
1423         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1424         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(tto))))
1425             return true;
1426     }
1427
1428     // Don't prune safe moves which block the threat path
1429     if ((between_bb(tfrom, tto) & mto) && pos.see_sign(move) >= 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 elaspsed = 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 / elaspsed
1511           << " time "      << elaspsed
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_2], *st = state;
1533   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(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1543       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1544       tte = TT.probe(pos.key());
1545
1546   } while (   tte
1547            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1548            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1549            && ply < MAX_PLY
1550            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1551
1552   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1553
1554   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1555 }
1556
1557
1558 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1559 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1560 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1561
1562 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1563
1564   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1565   TTEntry* tte;
1566   int ply = 0;
1567
1568   do {
1569       tte = TT.probe(pos.key());
1570
1571       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1572           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply]);
1573
1574       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1575       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1576
1577   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1578
1579   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1580 }
1581
1582
1583 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1584
1585 void Thread::idle_loop() {
1586
1587   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1588   // object for which the thread is the master.
1589   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1590
1591   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1592
1593   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1594   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1595   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1596   {
1597       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1598       // instead of wasting CPU time polling for work.
1599       while (   do_sleep
1600              || do_exit
1601              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1602       {
1603           if (do_exit)
1604           {
1605               assert(!sp_master);
1606               return;
1607           }
1608
1609           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1610           mutex.lock();
1611
1612           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1613           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1614           {
1615               mutex.unlock();
1616               break;
1617           }
1618
1619           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1620           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1621           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1622           // had the chance to grab the lock.
1623           if (do_sleep || !is_searching)
1624               sleepCondition.wait(mutex);
1625
1626           mutex.unlock();
1627       }
1628
1629       // If this thread has been assigned work, launch a search
1630       if (is_searching)
1631       {
1632           assert(!do_sleep && !do_exit);
1633
1634           Threads.mutex.lock();
1635
1636           assert(is_searching);
1637           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1638
1639           Threads.mutex.unlock();
1640
1641           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1642           Position pos(*sp->pos, this);
1643
1644           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1645           (ss+1)->sp = sp;
1646
1647           sp->mutex.lock();
1648
1649           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1650
1651           sp->activePositions[idx] = &pos;
1652
1653           if (sp->nodeType == Root)
1654               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1655           else if (sp->nodeType == PV)
1656               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1657           else if (sp->nodeType == NonPV)
1658               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1659           else
1660               assert(false);
1661
1662           assert(is_searching);
1663
1664           is_searching = false;
1665           sp->activePositions[idx] = NULL;
1666           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1667           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1668
1669           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1670           // case we are the last slave of the split point.
1671           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1672               &&  this != sp->master
1673               && !sp->slavesMask)
1674           {
1675               assert(!sp->master->is_searching);
1676               sp->master->wake_up();
1677           }
1678
1679           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1680           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1681           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1682           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1683           sp->mutex.unlock();
1684       }
1685   }
1686 }
1687
1688
1689 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1690 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1691 /// available time and so stop the search.
1692
1693 void check_time() {
1694
1695   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1696   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1697
1698   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1699   {
1700       lastInfoTime = Time::now();
1701       dbg_print();
1702   }
1703
1704   if (Limits.ponder)
1705       return;
1706
1707   if (Limits.nodes)
1708   {
1709       Threads.mutex.lock();
1710
1711       nodes = RootPos.nodes_searched();
1712
1713       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1714       // all the currently active slaves positions.
1715       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1716           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1717           {
1718               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1719
1720               sp.mutex.lock();
1721
1722               nodes += sp.nodes;
1723               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1724               while (sm)
1725               {
1726                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1727                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1728               }
1729
1730               sp.mutex.unlock();
1731           }
1732
1733       Threads.mutex.unlock();
1734   }
1735
1736   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1737   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1738                          && !Signals.failedLowAtRoot
1739                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1740
1741   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1742                    || stillAtFirstMove;
1743
1744   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1745       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1746       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1747       Signals.stop = true;
1748 }