]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Retire history.h
[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 "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   History H;
90
91   template <NodeType NT>
92   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   template <NodeType NT, bool InCheck>
95   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
96
97   void id_loop(Position& pos);
98   Value value_to_tt(Value v, int ply);
99   Value value_from_tt(Value v, int ply);
100   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
101   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
102   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
104
105   struct Skill {
106     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
107    ~Skill() {
108       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
109           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
110                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
111     }
112
113     bool enabled() const { return level < 20; }
114     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
115     Move pick_move();
116
117     int level;
118     Move best;
119   };
120
121 } // namespace
122
123
124 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
125
126 void Search::init() {
127
128   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
129   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
130   int mc; // moveCount
131
132   // Init reductions array
133   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
134   {
135       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
136       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
137       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
138       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139   }
140
141   // Init futility margins array
142   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
143       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; d++)
147       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
148 }
149
150
151 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
152 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
153
154 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
155
156   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
157   if (depth == ONE_PLY)
158       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
159
160   StateInfo st;
161   size_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163
164   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
165   {
166       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
167       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(ml.move());
169   }
170
171   return cnt;
172 }
173
174
175 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
176 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
177 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
178
179 void Search::think() {
180
181   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
182
183   RootColor = RootPos.side_to_move();
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
185
186   if (RootMoves.empty())
187   {
188       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
189       sync_cout << "info depth 0 score "
190                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
191                 << sync_endl;
192
193       goto finalize;
194   }
195
196   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
197   {
198       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
199
200       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
201       {
202           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
203           goto finalize;
204       }
205   }
206
207   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
208   {
209       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
210       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
211       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
212       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
213   }
214   else
215       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
216
217   if (Options["Use Search Log"])
218   {
219       Log log(Options["Search Log Filename"]);
220       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
221           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
222           << " ponder: "      << Limits.ponder
223           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
224           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
225           << " moves to go: " << Limits.movestogo
226           << std::endl;
227   }
228
229   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
230   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
231       Threads[i].maxPly = 0;
232
233   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
234
235   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
236   // used to check for remaining available thinking time.
237   Threads.timer_thread()->msec =
238   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
239                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
240                                : 100;
241
242   Threads.timer_thread()->notify_one(); // Wake up the recurring timer
243
244   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
245
246   Threads.timer_thread()->msec = 0; // Stop the timer
247   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
248
249   if (Options["Use Search Log"])
250   {
251       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
252
253       Log log(Options["Search Log Filename"]);
254       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
255           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
256           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
257
258       StateInfo st;
259       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
260       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
261       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
262   }
263
264 finalize:
265
266   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
267   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
268   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
269   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
270   // raise Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
278   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
279             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
280             << sync_endl;
281 }
282
283
284 namespace {
285
286   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
287   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
288   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290   void id_loop(Position& pos) {
291
292     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
293     int depth, prevBestMoveChanges;
294     Value bestValue, alpha, beta, delta;
295     bool bestMoveNeverChanged = true;
296
297     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
298     depth = BestMoveChanges = 0;
299     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
300     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
301     TT.new_search();
302     H.clear();
303
304     PVSize = Options["MultiPV"];
305     Skill skill(Options["Skill Level"]);
306
307     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
308     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
309     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
310         PVSize = 4;
311
312     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
313
314     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
315     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
316     {
317         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
318         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
319         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
320             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
321
322         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
323         BestMoveChanges = 0;
324
325         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
326         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
327         {
328             // Set aspiration window default width
329             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
330             {
331                 delta = Value(16);
332                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
333                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
334             }
335             else
336             {
337                 alpha = -VALUE_INFINITE;
338                 beta  =  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                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
346                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
347                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
348
349                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
350                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
351                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
352                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
353                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
354                 // the already searched PV lines are preserved.
355                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
356
357                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
358                 // entries have been overwritten during the search.
359                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
360                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
361
362                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
363                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
364                 // valid, although refers to previous iteration.
365                 if (Signals.stop)
366                     return;
367
368                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
369                 // research, otherwise exit the loop.
370                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
371                     break;
372
373                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
374                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
375                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
376
377                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
378                 {
379                     alpha = -VALUE_INFINITE;
380                     beta  =  VALUE_INFINITE;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                 {
384                     beta += delta;
385                     delta += delta / 2;
386                 }
387                 else
388                 {
389                     Signals.failedLowAtRoot = true;
390                     Signals.stopOnPonderhit = false;
391
392                     alpha -= delta;
393                     delta += delta / 2;
394                 }
395
396                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
397             }
398
399             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
400             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
401             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
402                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
403         }
404
405         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
406         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
407             skill.pick_move();
408
409         if (Options["Use Search Log"])
410         {
411             Log log(Options["Search Log Filename"]);
412             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
413                 << std::endl;
414         }
415
416         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
417         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
418             bestMoveNeverChanged = false;
419
420         // Do we have found a "mate in x"?
421         if (   Limits.mate
422             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
423             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
424             Signals.stop = true;
425
426         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
427         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
428         {
429             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
430
431             // Take in account some extra time if the best move has changed
432             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
433                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
434
435             // Stop search if most of available time is already consumed. We
436             // probably don't have enough time to search the first move at the
437             // next iteration anyway.
438             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
439                 stop = true;
440
441             // Stop search early if one move seems to be much better than others
442             if (    depth >= 12
443                 && !stop
444                 &&  PVSize == 1
445                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
446                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
447             {
448                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
449                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
450                 (ss+1)->skipNullMove = true;
451                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
452                 (ss+1)->skipNullMove = false;
453                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
454
455                 if (v < rBeta)
456                     stop = true;
457             }
458
459             if (stop)
460             {
461                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
462                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
463                 if (Limits.ponder)
464                     Signals.stopOnPonderhit = true;
465                 else
466                     Signals.stop = true;
467             }
468         }
469     }
470   }
471
472
473   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
474   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
475   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
476   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
477   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
478   // here: This is taken care of after we return from the split point.
479
480   template <NodeType NT>
481   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
482
483     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
484     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
485     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
486
487     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
488     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
489     assert(depth > DEPTH_ZERO);
490
491     Move movesSearched[64];
492     StateInfo st;
493     const TTEntry *tte;
494     SplitPoint* sp;
495     Key posKey;
496     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
497     Depth ext, newDepth;
498     Value bestValue, value, ttValue;
499     Value eval, nullValue, futilityValue;
500     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
501     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
502     int moveCount, playedMoveCount;
503
504     // Step 1. Initialize node
505     Thread* thisThread = pos.this_thread();
506     moveCount = playedMoveCount = 0;
507     inCheck = pos.checkers();
508
509     if (SpNode)
510     {
511         sp = ss->sp;
512         bestMove   = sp->bestMove;
513         threatMove = sp->threatMove;
514         bestValue  = sp->bestValue;
515         tte = NULL;
516         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
517         ttValue = VALUE_NONE;
518
519         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
520
521         goto split_point_start;
522     }
523
524     bestValue = -VALUE_INFINITE;
525     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
526     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
527     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
528     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
529
530     // Used to send selDepth info to GUI
531     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
532         thisThread->maxPly = ss->ply;
533
534     if (!RootNode)
535     {
536         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
537         if (Signals.stop || pos.is_draw<false>() || ss->ply > MAX_PLY)
538             return DrawValue[pos.side_to_move()];
539
540         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
541         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
542         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
543         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
544         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
545         // in this case return a fail-high score.
546         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
547         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
548         if (alpha >= beta)
549             return alpha;
550     }
551
552     // Step 4. Transposition table lookup
553     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
554     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
555     excludedMove = ss->excludedMove;
556     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
557     tte = TT.probe(posKey);
558     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
559     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
560
561     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
562     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
563     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
564     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
565     if (   !RootNode
566         && tte
567         && tte->depth() >= depth
568         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
569         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
570             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
571                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
572     {
573         TT.refresh(tte);
574         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
575
576         if (    ttValue >= beta
577             &&  ttMove
578             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
579             &&  ttMove != ss->killers[0])
580         {
581             ss->killers[1] = ss->killers[0];
582             ss->killers[0] = ttMove;
583         }
584         return ttValue;
585     }
586
587     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
588     if (inCheck)
589         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
590
591     else if (tte)
592     {
593         // Never assume anything on values stored in TT
594         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
595             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
596             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
597
598         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
599         if (ttValue != VALUE_NONE)
600             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
601                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
602                 eval = ttValue;
603     }
604     else
605     {
606         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
607         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
608                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
609     }
610
611     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
612     // evaluation before and after the move.
613     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
614         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
615         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
616         && !pos.captured_piece_type()
617         &&  type_of(move) == NORMAL)
618     {
619         Square to = to_sq(move);
620         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
621     }
622
623     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
624     if (   !PvNode
625         &&  depth < 4 * ONE_PLY
626         && !inCheck
627         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
628         &&  ttMove == MOVE_NONE
629         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
630         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
631     {
632         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
633         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
634         if (v < rbeta)
635             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
636             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
637             return v;
638     }
639
640     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
641     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
642     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
643     if (   !PvNode
644         && !ss->skipNullMove
645         &&  depth < 4 * ONE_PLY
646         && !inCheck
647         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
648         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
649         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
650         return eval - FutilityMargins[depth][0];
651
652     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth > ONE_PLY
656         && !inCheck
657         &&  eval >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660     {
661         ss->currentMove = MOVE_NULL;
662
663         // Null move dynamic reduction based on depth
664         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
665
666         // Null move dynamic reduction based on value
667         if (eval - PawnValueMg > beta)
668             R += ONE_PLY;
669
670         pos.do_null_move(st);
671         (ss+1)->skipNullMove = true;
672         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
673                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
674         (ss+1)->skipNullMove = false;
675         pos.undo_null_move();
676
677         if (nullValue >= beta)
678         {
679             // Do not return unproven mate scores
680             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
681                 nullValue = beta;
682
683             if (depth < 6 * ONE_PLY)
684                 return nullValue;
685
686             // Do verification search at high depths
687             ss->skipNullMove = true;
688             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
689             ss->skipNullMove = false;
690
691             if (v >= beta)
692                 return nullValue;
693         }
694         else
695         {
696             // The null move failed low, which means that we may be faced with
697             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
698             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
699             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
700             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
701             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
702             threatMove = (ss+1)->currentMove;
703
704             if (   depth < 5 * ONE_PLY
705                 && (ss-1)->reduction
706                 && threatMove != MOVE_NONE
707                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
708                 return beta - 1;
709         }
710     }
711
712     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
713     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
714     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
715     // prune the previous move.
716     if (   !PvNode
717         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
718         && !inCheck
719         && !ss->skipNullMove
720         &&  excludedMove == MOVE_NONE
721         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
722     {
723         Value rbeta = beta + 200;
724         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
725
726         assert(rdepth >= ONE_PLY);
727         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
728         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
729
730         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
731         CheckInfo ci(pos);
732
733         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
734             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
735             {
736                 ss->currentMove = move;
737                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
738                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
739                 pos.undo_move(move);
740                 if (value >= rbeta)
741                     return value;
742             }
743     }
744
745     // Step 10. Internal iterative deepening
746     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
747         && ttMove == MOVE_NONE
748         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
749     {
750         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
751
752         ss->skipNullMove = true;
753         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
754         ss->skipNullMove = false;
755
756         tte = TT.probe(posKey);
757         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
758     }
759
760 split_point_start: // At split points actual search starts from here
761
762     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
763     CheckInfo ci(pos);
764     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
765     singularExtensionNode =   !RootNode
766                            && !SpNode
767                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
768                            &&  ttMove != MOVE_NONE
769                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
770                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
771                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
772
773     // Step 11. Loop through moves
774     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
775     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
776     {
777       assert(is_ok(move));
778
779       if (move == excludedMove)
780           continue;
781
782       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
783       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
784       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
785       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
786           continue;
787
788       if (SpNode)
789       {
790           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
791           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
792               continue;
793
794           moveCount = ++sp->moveCount;
795           sp->mutex.unlock();
796       }
797       else
798           moveCount++;
799
800       if (RootNode)
801       {
802           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
803
804           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
805               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
806                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
807                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
808       }
809
810       ext = DEPTH_ZERO;
811       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
812       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
813       dangerous =   givesCheck
814                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
815                  || type_of(move) == CASTLE
816                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
817                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
818                      && type_of(move) == NORMAL
819                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
820                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
821
822       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
823       if (PvNode && dangerous)
824           ext = ONE_PLY;
825
826       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
827           ext = ONE_PLY / 2;
828
829       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
830       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
831       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
832       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
833       // a margin then we extend ttMove.
834       if (    singularExtensionNode
835           &&  move == ttMove
836           && !ext
837           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
838           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
839       {
840           assert(ttValue != VALUE_NONE);
841
842           Value rBeta = ttValue - int(depth);
843           ss->excludedMove = move;
844           ss->skipNullMove = true;
845           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
846           ss->skipNullMove = false;
847           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
848
849           if (value < rBeta)
850               ext = ONE_PLY;
851       }
852
853       // Update current move (this must be done after singular extension search)
854       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
855
856       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
857       if (   !PvNode
858           && !captureOrPromotion
859           && !inCheck
860           && !dangerous
861           &&  move != ttMove
862           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
863                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
864       {
865           // Move count based pruning
866           if (   depth < 16 * ONE_PLY
867               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
868               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
869           {
870               if (SpNode)
871                   sp->mutex.lock();
872
873               continue;
874           }
875
876           // Value based pruning
877           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
878           // but fixing this made program slightly weaker.
879           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
880           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
881                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
882
883           if (futilityValue < beta)
884           {
885               if (SpNode)
886                   sp->mutex.lock();
887
888               continue;
889           }
890
891           // Prune moves with negative SEE at low depths
892           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
893               && pos.see_sign(move) < 0)
894           {
895               if (SpNode)
896                   sp->mutex.lock();
897
898               continue;
899           }
900       }
901
902       // Check for legality only before to do the move
903       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
904       {
905           moveCount--;
906           continue;
907       }
908
909       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
910       ss->currentMove = move;
911       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
912           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
913
914       // Step 14. Make the move
915       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
916
917       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
918       // re-searched at full depth.
919       if (    depth > 3 * ONE_PLY
920           && !pvMove
921           && !captureOrPromotion
922           && !dangerous
923           &&  ss->killers[0] != move
924           &&  ss->killers[1] != move)
925       {
926           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
927           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
928           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
929
930           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
931
932           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
933           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
934       }
935       else
936           doFullDepthSearch = !pvMove;
937
938       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
939       if (doFullDepthSearch)
940       {
941           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
942           value = newDepth < ONE_PLY ?
943                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
944                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
946       }
947
948       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
949       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
950       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
951       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
952           value = newDepth < ONE_PLY ?
953                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
954                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
955                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
956       // Step 17. Undo move
957       pos.undo_move(move);
958
959       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
960
961       // Step 18. Check for new best move
962       if (SpNode)
963       {
964           sp->mutex.lock();
965           bestValue = sp->bestValue;
966           alpha = sp->alpha;
967       }
968
969       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
970       // was aborted because the user interrupted the search or because we
971       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
972       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
973       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
974           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
975
976       if (RootNode)
977       {
978           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
979
980           // PV move or new best move ?
981           if (pvMove || value > alpha)
982           {
983               rm.score = value;
984               rm.extract_pv_from_tt(pos);
985
986               // We record how often the best move has been changed in each
987               // iteration. This information is used for time management: When
988               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
989               if (!pvMove)
990                   BestMoveChanges++;
991           }
992           else
993               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
994               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
995               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
996               rm.score = -VALUE_INFINITE;
997       }
998
999       if (value > bestValue)
1000       {
1001           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
1002
1003           if (value > alpha)
1004           {
1005               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
1006
1007               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1008                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
1009               else
1010               {
1011                   assert(value >= beta); // Fail high
1012
1013                   if (SpNode)
1014                       sp->cutoff = true;
1015
1016                   break;
1017               }
1018           }
1019       }
1020
1021       // Step 19. Check for splitting the search
1022       if (   !SpNode
1023           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1024           &&  Threads.slave_available(thisThread)
1025           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1026       {
1027           assert(bestValue < beta);
1028
1029           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1030                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1031           if (bestValue >= beta)
1032               break;
1033       }
1034     }
1035
1036     if (SpNode)
1037         return bestValue;
1038
1039     // Step 20. Check for mate and stalemate
1040     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1041     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1042     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1043     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1044     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1045     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1046     if (!moveCount)
1047         return  excludedMove ? alpha
1048               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1049
1050     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1051     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1052     {
1053         assert(!playedMoveCount);
1054
1055         bestValue = alpha;
1056     }
1057
1058     if (bestValue >= beta) // Failed high
1059     {
1060         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1061                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1062
1063         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1064         {
1065             if (bestMove != ss->killers[0])
1066             {
1067                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1068                 ss->killers[0] = bestMove;
1069             }
1070
1071             // Increase history value of the cut-off move
1072             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1073             H.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1074
1075             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1076             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1077             {
1078                 Move m = movesSearched[i];
1079                 H.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1080             }
1081         }
1082     }
1083     else // Failed low or PV search
1084         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1085                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1086                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1087
1088     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1089
1090     return bestValue;
1091   }
1092
1093
1094   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1095   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1096   // less than ONE_PLY).
1097
1098   template <NodeType NT, bool InCheck>
1099   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1100
1101     const bool PvNode = (NT == PV);
1102
1103     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1104     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1105     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1106     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1107     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1108
1109     StateInfo st;
1110     const TTEntry* tte;
1111     Key posKey;
1112     Move ttMove, move, bestMove;
1113     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1114     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1115     Depth ttDepth;
1116
1117     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1118     if (PvNode)
1119         oldAlpha = alpha;
1120
1121     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1122     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1123
1124     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1125     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1126         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1127
1128     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1129     // pruning, but only for move ordering.
1130     posKey = pos.key();
1131     tte = TT.probe(posKey);
1132     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1133     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1134
1135     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1136     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1137     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1138     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1139                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1140     if (   tte
1141         && tte->depth() >= ttDepth
1142         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1143         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1144             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1145                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1146     {
1147         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1148         return ttValue;
1149     }
1150
1151     // Evaluate the position statically
1152     if (InCheck)
1153     {
1154         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1155         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1156         enoughMaterial = false;
1157     }
1158     else
1159     {
1160         if (tte)
1161         {
1162             // Never assume anything on values stored in TT
1163             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1164                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1165                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1166         }
1167         else
1168             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1169
1170         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1171         if (bestValue >= beta)
1172         {
1173             if (!tte)
1174                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1175                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1176
1177             return bestValue;
1178         }
1179
1180         if (PvNode && bestValue > alpha)
1181             alpha = bestValue;
1182
1183         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1184         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1185     }
1186
1187     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1188     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1189     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1190     // be generated.
1191     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1192     CheckInfo ci(pos);
1193
1194     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1195     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1196     {
1197       assert(is_ok(move));
1198
1199       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1200
1201       // Futility pruning
1202       if (   !PvNode
1203           && !InCheck
1204           && !givesCheck
1205           &&  move != ttMove
1206           &&  enoughMaterial
1207           &&  type_of(move) != PROMOTION
1208           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1209       {
1210           futilityValue =  futilityBase
1211                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1212                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1213
1214           if (futilityValue < beta)
1215           {
1216               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1217               continue;
1218           }
1219
1220           // Prune moves with negative or equal SEE
1221           if (   futilityBase < beta
1222               && depth < DEPTH_ZERO
1223               && pos.see(move) <= 0)
1224           {
1225               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1226               continue;
1227           }
1228       }
1229
1230       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1231       evasionPrunable =   !PvNode
1232                        &&  InCheck
1233                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1234                        && !pos.is_capture(move)
1235                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1236
1237       // Don't search moves with negative SEE values
1238       if (   !PvNode
1239           && (!InCheck || evasionPrunable)
1240           &&  move != ttMove
1241           &&  type_of(move) != PROMOTION
1242           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1243           continue;
1244
1245       // Don't search useless checks
1246       if (   !PvNode
1247           && !InCheck
1248           &&  givesCheck
1249           &&  move != ttMove
1250           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1251           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1252           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1253           continue;
1254
1255       // Check for legality only before to do the move
1256       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1257           continue;
1258
1259       ss->currentMove = move;
1260
1261       // Make and search the move
1262       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1263       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1264                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1265       pos.undo_move(move);
1266
1267       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1268
1269       // Check for new best move
1270       if (value > bestValue)
1271       {
1272           bestValue = value;
1273
1274           if (value > alpha)
1275           {
1276               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1277               {
1278                   alpha = value;
1279                   bestMove = move;
1280               }
1281               else // Fail high
1282               {
1283                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1284                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1285
1286                   return value;
1287               }
1288           }
1289        }
1290     }
1291
1292     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1293     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1294     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1295         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1296
1297     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1298              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1299              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1300
1301     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1302
1303     return bestValue;
1304   }
1305
1306
1307   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1308   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1309   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1310
1311   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1312
1313     assert(v != VALUE_NONE);
1314
1315     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1316           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1317   }
1318
1319
1320   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1321   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1322   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1323
1324   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1325
1326     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1327           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1333
1334   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1335   {
1336     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1337     Square from = from_sq(move);
1338     Square to = to_sq(move);
1339     Color them = ~pos.side_to_move();
1340     Square ksq = pos.king_square(them);
1341     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1342     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1343     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1344     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1345     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1346
1347     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1348     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1349         return true;
1350
1351     // Queen contact check is very dangerous
1352     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1353         return true;
1354
1355     // Creating new double threats with checks is dangerous
1356     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1357     while (b)
1358     {
1359         // Note that here we generate illegal "double move"!
1360         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1361             return true;
1362     }
1363
1364     return false;
1365   }
1366
1367
1368   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1369   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1370   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1371   // from a null search that fails low).
1372
1373   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1374
1375     assert(is_ok(first));
1376     assert(is_ok(second));
1377     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1378     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1379
1380     Square m1from = from_sq(first);
1381     Square m2from = from_sq(second);
1382     Square m1to = to_sq(first);
1383     Square m2to = to_sq(second);
1384
1385     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1386     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1387         return true;
1388
1389     // Second one moves through the square vacated by first one
1390     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1391       return true;
1392
1393     // Second's destination is defended by the first move's piece
1394     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1395     if (m1att & m2to)
1396         return true;
1397
1398     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1399     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1400     {
1401         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1402         return true;
1403     }
1404
1405     return false;
1406   }
1407
1408
1409   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1410   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1411   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1412   // that fails low).
1413
1414   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1415
1416     assert(is_ok(first));
1417     assert(is_ok(second));
1418
1419     Square m1from = from_sq(first);
1420     Square m2from = from_sq(second);
1421     Square m1to = to_sq(first);
1422     Square m2to = to_sq(second);
1423
1424     // Don't prune moves of the threatened piece
1425     if (m1from == m2to)
1426         return true;
1427
1428     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1429     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1430     if (    pos.is_capture(second)
1431         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1432             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1433     {
1434         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1435         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1436         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1437
1438         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1439         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1440             return true;
1441
1442         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1443         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1444                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1445
1446         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1447         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1448             return true;
1449     }
1450
1451     // Don't prune safe moves which block the threat path
1452     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1453         return true;
1454
1455     return false;
1456   }
1457
1458
1459   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1460   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1461
1462   Move Skill::pick_move() {
1463
1464     static RKISS rk;
1465
1466     // PRNG sequence should be not deterministic
1467     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1468         rk.rand<unsigned>();
1469
1470     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1471     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1472     int weakness = 120 - 2 * level;
1473     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1474     best = MOVE_NONE;
1475
1476     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1477     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1478     // then we choose the move with the resulting highest score.
1479     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1480     {
1481         int s = RootMoves[i].score;
1482
1483         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1484         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1485             break;
1486
1487         // This is our magic formula
1488         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1489               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1490
1491         if (s > max_s)
1492         {
1493             max_s = s;
1494             best = RootMoves[i].pv[0];
1495         }
1496     }
1497     return best;
1498   }
1499
1500
1501   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1502   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1503   // the previous search score.
1504
1505   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1506
1507     std::stringstream s;
1508     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1509     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1510     int selDepth = 0;
1511
1512     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1513         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1514             selDepth = Threads[i].maxPly;
1515
1516     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1517     {
1518         bool updated = (i <= PVIdx);
1519
1520         if (depth == 1 && !updated)
1521             continue;
1522
1523         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1524         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1525
1526         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1527             s << "\n";
1528
1529         s << "info depth " << d
1530           << " seldepth "  << selDepth
1531           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1532           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1533           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1534           << " time "      << elaspsed
1535           << " multipv "   << i + 1
1536           << " pv";
1537
1538         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1539             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1540     }
1541
1542     return s.str();
1543   }
1544
1545 } // namespace
1546
1547
1548 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1549 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1550 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1551 /// long PV to print that is important for position analysis.
1552
1553 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1554
1555   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1556   TTEntry* tte;
1557   int ply = 0;
1558   Move m = pv[0];
1559
1560   pv.clear();
1561
1562   do {
1563       pv.push_back(m);
1564
1565       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1566
1567       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1568       tte = TT.probe(pos.key());
1569
1570   } while (   tte
1571            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1572            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1573            && ply < MAX_PLY
1574            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1575
1576   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1577
1578   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1579 }
1580
1581
1582 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1583 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1584 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1585
1586 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1587
1588   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1589   TTEntry* tte;
1590   int ply = 0;
1591
1592   do {
1593       tte = TT.probe(pos.key());
1594
1595       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1596           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1597
1598       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1599
1600       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1601
1602   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1603
1604   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1605 }
1606
1607
1608 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1609
1610 void Thread::idle_loop() {
1611
1612   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1613   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1614   const SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1615
1616   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1617
1618   // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1619   // their work at this split point, return from the idle loop.
1620   while (!this_sp || this_sp->slavesMask)
1621   {
1622       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1623       // wasting CPU time polling for work.
1624       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1625       {
1626           if (exit)
1627           {
1628               assert(!this_sp);
1629               return;
1630           }
1631
1632           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1633           mutex.lock();
1634
1635           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1636           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1637           {
1638               mutex.unlock();
1639               break;
1640           }
1641
1642           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1643           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1644           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1645           // we had the chance to grab the lock.
1646           if (!searching && !exit)
1647               sleepCondition.wait(mutex);
1648
1649           mutex.unlock();
1650       }
1651
1652       // If this thread has been assigned work, launch a search
1653       if (searching)
1654       {
1655           assert(!exit);
1656
1657           Threads.mutex.lock();
1658
1659           assert(searching);
1660           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1661
1662           Threads.mutex.unlock();
1663
1664           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1665           Position pos(*sp->pos, this);
1666
1667           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1668           (ss+1)->sp = sp;
1669
1670           sp->mutex.lock();
1671
1672           assert(sp->slavesPositions[idx] == NULL);
1673
1674           sp->slavesPositions[idx] = &pos;
1675
1676           switch (sp->nodeType) {
1677           case Root:
1678               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1679               break;
1680           case PV:
1681               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1682               break;
1683           case NonPV:
1684               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1685               break;
1686           default:
1687               assert(false);
1688           }
1689
1690           assert(searching);
1691
1692           searching = false;
1693           sp->slavesPositions[idx] = NULL;
1694           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1695           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1696
1697           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1698           // in case we are the last slave of the split point.
1699           if (    Threads.sleepWhileIdle
1700               &&  this != sp->master
1701               && !sp->slavesMask)
1702           {
1703               assert(!sp->master->searching);
1704               sp->master->notify_one();
1705           }
1706
1707           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1708           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1709           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1710           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1711           sp->mutex.unlock();
1712       }
1713   }
1714 }
1715
1716
1717 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1718 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1719 /// available time and so stop the search.
1720
1721 void check_time() {
1722
1723   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1724   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1725
1726   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1727   {
1728       lastInfoTime = Time::now();
1729       dbg_print();
1730   }
1731
1732   if (Limits.ponder)
1733       return;
1734
1735   if (Limits.nodes)
1736   {
1737       Threads.mutex.lock();
1738
1739       nodes = RootPos.nodes_searched();
1740
1741       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1742       // all the currently active slaves positions.
1743       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1744           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsSize; j++)
1745           {
1746               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1747
1748               sp.mutex.lock();
1749
1750               nodes += sp.nodes;
1751               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1752               while (sm)
1753               {
1754                   Position* pos = sp.slavesPositions[pop_lsb(&sm)];
1755                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1756               }
1757
1758               sp.mutex.unlock();
1759           }
1760
1761       Threads.mutex.unlock();
1762   }
1763
1764   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1765   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1766                          && !Signals.failedLowAtRoot
1767                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1768
1769   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1770                    || stillAtFirstMove;
1771
1772   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1773       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1774       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1775       Signals.stop = true;
1776 }