Full three fold repetition detection only at root node
[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   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
66   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
67   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
68
69   // Dynamic razoring margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
71
72   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
73   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
74   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
75
76   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
77
78     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
79                            : 2 * VALUE_INFINITE;
80   }
81
82   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
83   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
84
85   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
86
87     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
88   }
89
90   size_t PVSize, PVIdx;
91   TimeManager TimeMgr;
92   int BestMoveChanges;
93   Value DrawValue[COLOR_NB];
94   History H;
95
96   template <NodeType NT>
97   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   template <NodeType NT>
100   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
101
102   void id_loop(Position& pos);
103   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
104   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
108   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
109
110   struct Skill {
111     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
112    ~Skill() {
113       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
114           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
115                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
116     }
117
118     bool enabled() const { return level < 20; }
119     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
120     Move pick_move();
121
122     int level;
123     Move best;
124   };
125
126 } // namespace
127
128
129 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
130
131 void Search::init() {
132
133   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
134   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
135   int mc; // moveCount
136
137   // Init reductions array
138   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
139   {
140       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
141       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
142       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
143       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
144   }
145
146   // Init futility margins array
147   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
148       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
149
150   // Init futility move count array
151   for (d = 0; d < 32; d++)
152       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
153 }
154
155
156 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
157 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
158
159 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
160
161   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
162   if (depth == ONE_PLY)
163       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
164
165   StateInfo st;
166   size_t cnt = 0;
167   CheckInfo ci(pos);
168
169   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
170   {
171       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
172       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
173       pos.undo_move(ml.move());
174   }
175
176   return cnt;
177 }
178
179
180 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
181 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
182 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
183
184 void Search::think() {
185
186   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
187
188   RootColor = RootPos.side_to_move();
189   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
190
191   if (RootMoves.empty())
192   {
193       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
194       sync_cout << "info depth 0 score "
195                 << score_to_uci(RootPos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
196                 << sync_endl;
197
198       goto finalize;
199   }
200
201   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
202   {
203       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
204
205       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
206       {
207           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
208           goto finalize;
209       }
210   }
211
212   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
213   {
214       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
215       cf = cf * MaterialTable::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
216       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
217       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
218   }
219   else
220       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
221
222   if (Options["Use Search Log"])
223   {
224       Log log(Options["Search Log Filename"]);
225       log << "\nSearching: "  << RootPos.to_fen()
226           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
227           << " ponder: "      << Limits.ponder
228           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
229           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
230           << " moves to go: " << Limits.movestogo
231           << std::endl;
232   }
233
234   Threads.wake_up();
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   if (Limits.use_time_management())
239       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
240                                                TimerResolution)));
241   else if (Limits.nodes)
242       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
243   else
244       Threads.set_timer(100);
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.set_timer(0); // Stop timer
249   Threads.sleep();
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
270   // move before we are told to do so.
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
273
274   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
275   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
276             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
277             << sync_endl;
278 }
279
280
281 namespace {
282
283   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
284   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
285   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
286
287   void id_loop(Position& pos) {
288
289     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
290     int depth, prevBestMoveChanges;
291     Value bestValue, alpha, beta, delta;
292     bool bestMoveNeverChanged = true;
293
294     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
295     depth = BestMoveChanges = 0;
296     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
297     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
298     TT.new_search();
299     H.clear();
300
301     PVSize = Options["MultiPV"];
302     Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
305     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
307         PVSize = 4;
308
309     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
310
311     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
312     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
313     {
314         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
315         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
316         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
317             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
318
319         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
320         BestMoveChanges = 0;
321
322         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
323         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
324         {
325             // Set aspiration window default width
326             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
327             {
328                 delta = Value(16);
329                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
330                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
331             }
332             else
333             {
334                 alpha = -VALUE_INFINITE;
335                 beta  =  VALUE_INFINITE;
336             }
337
338             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
339             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
340             while (true)
341             {
342                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
343                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
344                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
345
346                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
347                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
348                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
349                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
350                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
351                 // the already searched PV lines are preserved.
352                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
353
354                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
355                 // entries have been overwritten during the search.
356                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
357                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
358
359                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
360                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
361                 // valid, although refers to previous iteration.
362                 if (Signals.stop)
363                     return;
364
365                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
366                 // research, otherwise exit the loop.
367                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
368                     break;
369
370                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
371                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
372                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
373
374                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
375                 {
376                     alpha = -VALUE_INFINITE;
377                     beta  =  VALUE_INFINITE;
378                 }
379                 else if (bestValue >= beta)
380                 {
381                     beta += delta;
382                     delta += delta / 2;
383                 }
384                 else
385                 {
386                     Signals.failedLowAtRoot = true;
387                     Signals.stopOnPonderhit = false;
388
389                     alpha -= delta;
390                     delta += delta / 2;
391                 }
392
393                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
394             }
395
396             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
397             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx);
398             sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
399         }
400
401         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
402         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
403             skill.pick_move();
404
405         if (Options["Use Search Log"])
406         {
407             Log log(Options["Search Log Filename"]);
408             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
409                 << std::endl;
410         }
411
412         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
413         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
414             bestMoveNeverChanged = false;
415
416         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
417         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
418         {
419             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
420
421             // Take in account some extra time if the best move has changed
422             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
423                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
424
425             // Stop search if most of available time is already consumed. We
426             // probably don't have enough time to search the first move at the
427             // next iteration anyway.
428             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
429                 stop = true;
430
431             // Stop search early if one move seems to be much better than others
432             if (    depth >= 12
433                 && !stop
434                 &&  PVSize == 1
435                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
436                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
437             {
438                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
439                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
440                 (ss+1)->skipNullMove = true;
441                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
442                 (ss+1)->skipNullMove = false;
443                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
444
445                 if (v < rBeta)
446                     stop = true;
447             }
448
449             if (stop)
450             {
451                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
452                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
453                 if (Limits.ponder)
454                     Signals.stopOnPonderhit = true;
455                 else
456                     Signals.stop = true;
457             }
458         }
459     }
460   }
461
462
463   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
464   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
465   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
466   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
467   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
468   // here: This is taken care of after we return from the split point.
469
470   template <NodeType NT>
471   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
472
473     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
474     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
475     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
476
477     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
478     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
479     assert(depth > DEPTH_ZERO);
480
481     Move movesSearched[64];
482     StateInfo st;
483     const TTEntry *tte;
484     SplitPoint* sp;
485     Key posKey;
486     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
487     Depth ext, newDepth;
488     Value bestValue, value, ttValue;
489     Value eval, nullValue, futilityValue;
490     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
491     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
492     int moveCount, playedMoveCount;
493
494     // Step 1. Initialize node
495     Thread* thisThread = pos.this_thread();
496     moveCount = playedMoveCount = 0;
497     inCheck = pos.in_check();
498
499     if (SpNode)
500     {
501         sp = ss->sp;
502         bestMove   = sp->bestMove;
503         threatMove = sp->threatMove;
504         bestValue  = sp->bestValue;
505         tte = NULL;
506         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
507         ttValue = VALUE_NONE;
508
509         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
510
511         goto split_point_start;
512     }
513
514     bestValue = -VALUE_INFINITE;
515     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
516     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
517     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
518     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
519
520     // Used to send selDepth info to GUI
521     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
522         thisThread->maxPly = ss->ply;
523
524     if (!RootNode)
525     {
526         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
527         if (Signals.stop || pos.is_draw<false,true>() || ss->ply > MAX_PLY)
528             return DrawValue[pos.side_to_move()];
529
530         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
531         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
532         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
533         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
534         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
535         // in this case return a fail-high score.
536         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
537         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541         else 
542         {
543                 if(pos.is_draw<false,false>()) return DrawValue[pos.side_to_move()];
544         }
545
546     // Step 4. Transposition table lookup
547     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
548     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
549     excludedMove = ss->excludedMove;
550     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
551     tte = TT.probe(posKey);
552     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
553     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
554
555     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
556     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
557     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
558     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
559     if (   !RootNode
560         && tte && tte->depth() >= depth
561         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
562             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
563                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
564     {
565         assert(ttValue != VALUE_NONE); // Due to depth > DEPTH_NONE
566
567         TT.refresh(tte);
568         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
569
570         if (    ttValue >= beta
571             &&  ttMove
572             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
573             &&  ttMove != ss->killers[0])
574         {
575             ss->killers[1] = ss->killers[0];
576             ss->killers[0] = ttMove;
577         }
578         return ttValue;
579     }
580
581     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
582     if (inCheck)
583         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
584
585     else if (tte)
586     {
587         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
588         assert(ttValue != VALUE_NONE || tte->type() == BOUND_NONE);
589
590         ss->staticEval = eval = tte->static_value();
591         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
592
593         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
594         if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
595             || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
596             eval = ttValue;
597     }
598     else
599     {
600         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
601         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
602                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
603     }
604
605     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
606     // evaluation before and after the move.
607     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
608         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
609         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
610         && !pos.captured_piece_type()
611         &&  type_of(move) == NORMAL)
612     {
613         Square to = to_sq(move);
614         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
615     }
616
617     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
618     if (   !PvNode
619         &&  depth < 4 * ONE_PLY
620         && !inCheck
621         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
622         &&  ttMove == MOVE_NONE
623         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
624         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
625     {
626         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
627         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
628         if (v < rbeta)
629             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
630             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
631             return v;
632     }
633
634     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
635     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
636     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
637     if (   !PvNode
638         && !ss->skipNullMove
639         &&  depth < 4 * ONE_PLY
640         && !inCheck
641         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
642         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
643         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
644         return eval - FutilityMargins[depth][0];
645
646     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
647     if (   !PvNode
648         && !ss->skipNullMove
649         &&  depth > ONE_PLY
650         && !inCheck
651         &&  eval >= beta
652         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
653         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
654     {
655         ss->currentMove = MOVE_NULL;
656
657         // Null move dynamic reduction based on depth
658         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
659
660         // Null move dynamic reduction based on value
661         if (eval - PawnValueMg > beta)
662             R += ONE_PLY;
663
664         pos.do_null_move<true>(st);
665         (ss+1)->skipNullMove = true;
666         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
667                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
668         (ss+1)->skipNullMove = false;
669         pos.do_null_move<false>(st);
670
671         if (nullValue >= beta)
672         {
673             // Do not return unproven mate scores
674             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
675                 nullValue = beta;
676
677             if (depth < 6 * ONE_PLY)
678                 return nullValue;
679
680             // Do verification search at high depths
681             ss->skipNullMove = true;
682             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
683             ss->skipNullMove = false;
684
685             if (v >= beta)
686                 return nullValue;
687         }
688         else
689         {
690             // The null move failed low, which means that we may be faced with
691             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
692             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
693             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
694             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
695             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
696             threatMove = (ss+1)->currentMove;
697
698             if (   depth < 5 * ONE_PLY
699                 && (ss-1)->reduction
700                 && threatMove != MOVE_NONE
701                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
702                 return beta - 1;
703         }
704     }
705
706     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
707     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
708     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
709     // prune the previous move.
710     if (   !PvNode
711         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
712         && !inCheck
713         && !ss->skipNullMove
714         &&  excludedMove == MOVE_NONE
715         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
716     {
717         Value rbeta = beta + 200;
718         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
719
720         assert(rdepth >= ONE_PLY);
721         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
722         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
723
724         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
725         CheckInfo ci(pos);
726
727         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
728             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
729             {
730                 ss->currentMove = move;
731                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
732                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
733                 pos.undo_move(move);
734                 if (value >= rbeta)
735                     return value;
736             }
737     }
738
739     // Step 10. Internal iterative deepening
740     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
741         && ttMove == MOVE_NONE
742         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
743     {
744         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
745
746         ss->skipNullMove = true;
747         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
748         ss->skipNullMove = false;
749
750         tte = TT.probe(posKey);
751         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
752     }
753
754 split_point_start: // At split points actual search starts from here
755
756     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
757     CheckInfo ci(pos);
758     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
759     singularExtensionNode =   !RootNode
760                            && !SpNode
761                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
762                            &&  ttMove != MOVE_NONE
763                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
764                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
765                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
766
767     // Step 11. Loop through moves
768     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
769     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
770     {
771       assert(is_ok(move));
772
773       if (move == excludedMove)
774           continue;
775
776       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
777       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
778       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
779       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
780           continue;
781
782       if (SpNode)
783       {
784           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
785           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
786               continue;
787
788           moveCount = ++sp->moveCount;
789           sp->mutex.unlock();
790       }
791       else
792           moveCount++;
793
794       if (RootNode)
795       {
796           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
797
798           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 2000)
799               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
800                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
801                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
802       }
803
804       ext = DEPTH_ZERO;
805       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
806       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
807       dangerous =   givesCheck
808                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
809                  || type_of(move) == CASTLE
810                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
811                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
812                      && type_of(move) == NORMAL
813                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
814                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
815
816       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
817       if (PvNode && dangerous)
818           ext = ONE_PLY;
819
820       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
821           ext = ONE_PLY / 2;
822
823       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
824       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
825       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
826       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
827       // a margin then we extend ttMove.
828       if (    singularExtensionNode
829           &&  move == ttMove
830           && !ext
831           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
832           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
833       {
834           assert(ttValue != VALUE_NONE);
835
836           Value rBeta = ttValue - int(depth);
837           ss->excludedMove = move;
838           ss->skipNullMove = true;
839           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
840           ss->skipNullMove = false;
841           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
842
843           if (value < rBeta)
844               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
845       }
846
847       // Update current move (this must be done after singular extension search)
848       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
849
850       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
851       if (   !PvNode
852           && !captureOrPromotion
853           && !inCheck
854           && !dangerous
855           &&  move != ttMove
856           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
857                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
858       {
859           // Move count based pruning
860           if (   depth < 16 * ONE_PLY
861               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
862               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove)))
863           {
864               if (SpNode)
865                   sp->mutex.lock();
866
867               continue;
868           }
869
870           // Value based pruning
871           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
872           // but fixing this made program slightly weaker.
873           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
874           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
875                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
876
877           if (futilityValue < beta)
878           {
879               if (SpNode)
880                   sp->mutex.lock();
881
882               continue;
883           }
884
885           // Prune moves with negative SEE at low depths
886           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
887               && pos.see_sign(move) < 0)
888           {
889               if (SpNode)
890                   sp->mutex.lock();
891
892               continue;
893           }
894       }
895
896       // Check for legality only before to do the move
897       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
898       {
899           moveCount--;
900           continue;
901       }
902
903       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
904       ss->currentMove = move;
905       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
906           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
907
908       // Step 14. Make the move
909       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
910
911       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
912       // re-searched at full depth.
913       if (    depth > 3 * ONE_PLY
914           && !pvMove
915           && !captureOrPromotion
916           && !dangerous
917           &&  ss->killers[0] != move
918           &&  ss->killers[1] != move)
919       {
920           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
921           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
922           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
923
924           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
925
926           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
927           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
928       }
929       else
930           doFullDepthSearch = !pvMove;
931
932       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
933       if (doFullDepthSearch)
934       {
935           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
936           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
938       }
939
940       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
941       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
942       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
943       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
944           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
946
947       // Step 17. Undo move
948       pos.undo_move(move);
949
950       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
951
952       // Step 18. Check for new best move
953       if (SpNode)
954       {
955           sp->mutex.lock();
956           bestValue = sp->bestValue;
957           alpha = sp->alpha;
958       }
959
960       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
961       // was aborted because the user interrupted the search or because we
962       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
963       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
964       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
965           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
966
967       if (RootNode)
968       {
969           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
970
971           // PV move or new best move ?
972           if (pvMove || value > alpha)
973           {
974               rm.score = value;
975               rm.extract_pv_from_tt(pos);
976
977               // We record how often the best move has been changed in each
978               // iteration. This information is used for time management: When
979               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
980               if (!pvMove)
981                   BestMoveChanges++;
982           }
983           else
984               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
985               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
986               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
987               rm.score = -VALUE_INFINITE;
988       }
989
990       if (value > bestValue)
991       {
992           bestValue = value;
993           if (SpNode) sp->bestValue = value;
994
995           if (value > alpha)
996           {
997               bestMove = move;
998               if (SpNode) sp->bestMove = move;
999
1000               if (PvNode && value < beta)
1001               {
1002                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1003                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1004               }
1005               else // Fail high
1006               {
1007                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1008                   break;
1009               }
1010           }
1011       }
1012
1013       // Step 19. Check for splitting the search
1014       if (   !SpNode
1015           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1016           &&  bestValue < beta
1017           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1018       {
1019           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1020                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1021           break;
1022       }
1023     }
1024
1025     if (SpNode)
1026         return bestValue;
1027
1028     // Step 20. Check for mate and stalemate
1029     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1030     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1031     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1032     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1033     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1034     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1035     if (!moveCount)
1036         return  excludedMove ? alpha
1037               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1038
1039     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1040     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1041     {
1042         assert(!playedMoveCount);
1043
1044         bestValue = alpha;
1045     }
1046
1047     if (bestValue >= beta) // Failed high
1048     {
1049         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1050                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1051
1052         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1053         {
1054             if (bestMove != ss->killers[0])
1055             {
1056                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1057                 ss->killers[0] = bestMove;
1058             }
1059
1060             // Increase history value of the cut-off move
1061             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1062             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1063
1064             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1065             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1066             {
1067                 Move m = movesSearched[i];
1068                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1069             }
1070         }
1071     }
1072     else // Failed low or PV search
1073         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1074                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1075                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1076
1077     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1078
1079     return bestValue;
1080   }
1081
1082
1083   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1084   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1085   // less than ONE_PLY).
1086
1087   template <NodeType NT>
1088   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1089
1090     const bool PvNode = (NT == PV);
1091
1092     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1093     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1094     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1095     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1096
1097     StateInfo st;
1098     const TTEntry* tte;
1099     Key posKey;
1100     Move ttMove, move, bestMove;
1101     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1102     bool inCheck, givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1103     Depth ttDepth;
1104
1105     inCheck = pos.in_check();
1106     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1107     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1108
1109     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1110     if (pos.is_draw<true,true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1111         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1112
1113     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1114     // pruning, but only for move ordering.
1115     posKey = pos.key();
1116     tte = TT.probe(posKey);
1117     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1118     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1119
1120     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1121     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1122     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1123     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1124                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1125     if (   tte && tte->depth() >= ttDepth
1126         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1127             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1128                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1129     {
1130         assert(ttValue != VALUE_NONE); // Due to ttDepth > DEPTH_NONE
1131
1132         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1133         return ttValue;
1134     }
1135
1136     // Evaluate the position statically
1137     if (inCheck)
1138     {
1139         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1140         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1141         enoughMaterial = false;
1142     }
1143     else
1144     {
1145         if (tte)
1146         {
1147             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1148
1149             ss->staticEval = bestValue = tte->static_value();
1150             ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
1151         }
1152         else
1153             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1154
1155         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1156         if (bestValue >= beta)
1157         {
1158             if (!tte)
1159                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1160                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1161
1162             return bestValue;
1163         }
1164
1165         if (PvNode && bestValue > alpha)
1166             alpha = bestValue;
1167
1168         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1169         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1170     }
1171
1172     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1173     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1174     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1175     // be generated.
1176     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1177     CheckInfo ci(pos);
1178
1179     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1180     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1181     {
1182       assert(is_ok(move));
1183
1184       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1185
1186       // Futility pruning
1187       if (   !PvNode
1188           && !inCheck
1189           && !givesCheck
1190           &&  move != ttMove
1191           &&  enoughMaterial
1192           &&  type_of(move) != PROMOTION
1193           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1194       {
1195           futilityValue =  futilityBase
1196                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1197                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1198
1199           if (futilityValue < beta)
1200           {
1201               if (futilityValue > bestValue)
1202                   bestValue = futilityValue;
1203
1204               continue;
1205           }
1206
1207           // Prune moves with negative or equal SEE
1208           if (   futilityBase < beta
1209               && depth < DEPTH_ZERO
1210               && pos.see(move) <= 0)
1211               continue;
1212       }
1213
1214       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1215       evasionPrunable =   !PvNode
1216                        &&  inCheck
1217                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1218                        && !pos.is_capture(move)
1219                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1220
1221       // Don't search moves with negative SEE values
1222       if (   !PvNode
1223           && (!inCheck || evasionPrunable)
1224           &&  move != ttMove
1225           &&  type_of(move) != PROMOTION
1226           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1227           continue;
1228
1229       // Don't search useless checks
1230       if (   !PvNode
1231           && !inCheck
1232           &&  givesCheck
1233           &&  move != ttMove
1234           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1235           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1236           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1237           continue;
1238
1239       // Check for legality only before to do the move
1240       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1241           continue;
1242
1243       ss->currentMove = move;
1244
1245       // Make and search the move
1246       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1247       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1248       pos.undo_move(move);
1249
1250       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1251
1252       // Check for new best move
1253       if (value > bestValue)
1254       {
1255           bestValue = value;
1256
1257           if (value > alpha)
1258           {
1259               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1260               {
1261                   alpha = value;
1262                   bestMove = move;
1263               }
1264               else // Fail high
1265               {
1266                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1267                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1268
1269                   return value;
1270               }
1271           }
1272        }
1273     }
1274
1275     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1276     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1277     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1278         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1279
1280     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1281              PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1282              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1283
1284     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1285
1286     return bestValue;
1287   }
1288
1289
1290   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1291   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1292   // will be pruned.
1293
1294   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1295   {
1296     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1297     Square from, to, ksq;
1298     Piece pc;
1299     Color them;
1300
1301     from = from_sq(move);
1302     to = to_sq(move);
1303     them = ~pos.side_to_move();
1304     ksq = pos.king_square(them);
1305     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1306     pc = pos.piece_moved(move);
1307
1308     occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1309     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1310     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1311
1312     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1313     b = kingAtt & ~pos.pieces(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1314
1315     if (!more_than_one(b))
1316         return true;
1317
1318     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1319     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1320         return true;
1321
1322     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1323     b = pos.pieces(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1324     while (b)
1325     {
1326         // Note that here we generate illegal "double move"!
1327         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1328             return true;
1329     }
1330
1331     return false;
1332   }
1333
1334
1335   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1336   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1337   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1338   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1339   // second move is assumed to be a move from the current position.
1340
1341   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1342
1343     Square f1, t1, f2, t2;
1344     Piece p1, p2;
1345     Square ksq;
1346
1347     assert(is_ok(m1));
1348     assert(is_ok(m2));
1349
1350     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1351     f2 = from_sq(m2);
1352     t1 = to_sq(m1);
1353     if (f2 == t1)
1354         return true;
1355
1356     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1357     t2 = to_sq(m2);
1358     f1 = from_sq(m1);
1359     if (t2 == f1)
1360         return true;
1361
1362     // Case 3: Moving through the vacated square
1363     p2 = pos.piece_on(f2);
1364     if (piece_is_slider(p2) && (between_bb(f2, t2) & f1))
1365       return true;
1366
1367     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1368     p1 = pos.piece_on(t1);
1369     if (pos.attacks_from(p1, t1) & t2)
1370         return true;
1371
1372     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1373     ksq = pos.king_square(pos.side_to_move());
1374     if (    piece_is_slider(p1)
1375         && (between_bb(t1, ksq) & f2)
1376         && (pos.attacks_from(p1, t1, pos.pieces() ^ f2) & ksq))
1377         return true;
1378
1379     return false;
1380   }
1381
1382
1383   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1384   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1385   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1386
1387   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1388
1389     assert(v != VALUE_NONE);
1390
1391     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1392           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1393   }
1394
1395
1396   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1397   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1398   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1399
1400   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1401
1402     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1403           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1409   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1410
1411   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1412
1413     assert(is_ok(m));
1414     assert(is_ok(threat));
1415     assert(!pos.is_capture_or_promotion(m));
1416     assert(!pos.is_passed_pawn_push(m));
1417
1418     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1419
1420     mfrom = from_sq(m);
1421     mto = to_sq(m);
1422     tfrom = from_sq(threat);
1423     tto = to_sq(threat);
1424
1425     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1426     if (mfrom == tto)
1427         return true;
1428
1429     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1430     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1431     if (   pos.is_capture(threat)
1432         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1433             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING)
1434         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1435         return true;
1436
1437     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1438     // prune safe moves which block its ray.
1439     if (    piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1440         && (between_bb(tfrom, tto) & mto)
1441         &&  pos.see_sign(m) >= 0)
1442         return true;
1443
1444     return false;
1445   }
1446
1447
1448   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1449   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1450
1451   Move Skill::pick_move() {
1452
1453     static RKISS rk;
1454
1455     // PRNG sequence should be not deterministic
1456     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1457         rk.rand<unsigned>();
1458
1459     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1460     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1461     int weakness = 120 - 2 * level;
1462     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1463     best = MOVE_NONE;
1464
1465     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1466     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1467     // then we choose the move with the resulting highest score.
1468     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1469     {
1470         int s = RootMoves[i].score;
1471
1472         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1473         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1474             break;
1475
1476         // This is our magic formula
1477         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1478               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1479
1480         if (s > max_s)
1481         {
1482             max_s = s;
1483             best = RootMoves[i].pv[0];
1484         }
1485     }
1486     return best;
1487   }
1488
1489
1490   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1491   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1492   // the previous search score.
1493
1494   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1495
1496     std::stringstream s;
1497     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1498     int selDepth = 0;
1499
1500     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1501         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1502             selDepth = Threads[i].maxPly;
1503
1504     for (size_t i = 0; i < std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size()); i++)
1505     {
1506         bool updated = (i <= PVIdx);
1507
1508         if (depth == 1 && !updated)
1509             continue;
1510
1511         int d = (updated ? depth : depth - 1);
1512         Value v = (updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore);
1513
1514         if (s.rdbuf()->in_avail())
1515             s << "\n";
1516
1517         s << "info depth " << d
1518           << " seldepth "  << selDepth
1519           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1520           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1521           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1522           << " time "      << elaspsed
1523           << " multipv "   << i + 1
1524           << " pv";
1525
1526         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1527             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1528     }
1529
1530     return s.str();
1531   }
1532
1533 } // namespace
1534
1535
1536 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1537 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1538 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1539 /// long PV to print that is important for position analysis.
1540
1541 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1542
1543   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1544   TTEntry* tte;
1545   int ply = 1;
1546   Move m = pv[0];
1547
1548   assert(m != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(m));
1549
1550   pv.clear();
1551   pv.push_back(m);
1552   pos.do_move(m, *st++);
1553
1554   while (   (tte = TT.probe(pos.key())) != NULL
1555          && (m = tte->move()) != MOVE_NONE // Local copy, TT entry could change
1556          && pos.is_pseudo_legal(m)
1557          && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1558          && ply < MAX_PLY
1559          && (!pos.is_draw<false,true>() || ply < 2))
1560   {
1561       pv.push_back(m);
1562       pos.do_move(m, *st++);
1563       ply++;
1564   }
1565   pv.push_back(MOVE_NONE);
1566
1567   do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
1568 }
1569
1570
1571 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1572 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1573 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1574
1575 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1576
1577   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1578   TTEntry* tte;
1579   Key k;
1580   Value v, m = VALUE_NONE;
1581   int ply = 0;
1582
1583   assert(pv[ply] != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(pv[ply]));
1584
1585   do {
1586       k = pos.key();
1587       tte = TT.probe(k);
1588
1589       // Don't overwrite existing correct entries
1590       if (!tte || tte->move() != pv[ply])
1591       {
1592           v = (pos.in_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
1593           TT.store(k, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
1594       }
1595       pos.do_move(pv[ply], *st++);
1596
1597   } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
1598
1599   do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
1600 }
1601
1602
1603 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1604
1605 void Thread::idle_loop() {
1606
1607   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1608   // object for which the thread is the master.
1609   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1610
1611   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1612
1613   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1614   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1615   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1616   {
1617       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1618       // instead of wasting CPU time polling for work.
1619       while (   do_sleep
1620              || do_exit
1621              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1622       {
1623           if (do_exit)
1624           {
1625               assert(!sp_master);
1626               return;
1627           }
1628
1629           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1630           mutex.lock();
1631
1632           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1633           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1634           {
1635               mutex.unlock();
1636               break;
1637           }
1638
1639           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1640           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1641           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1642           // had the chance to grab the lock.
1643           if (do_sleep || !is_searching)
1644               sleepCondition.wait(mutex);
1645
1646           mutex.unlock();
1647       }
1648
1649       // If this thread has been assigned work, launch a search
1650       if (is_searching)
1651       {
1652           assert(!do_sleep && !do_exit);
1653
1654           Threads.mutex.lock();
1655
1656           assert(is_searching);
1657           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1658
1659           Threads.mutex.unlock();
1660
1661           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1662           Position pos(*sp->pos, this);
1663
1664           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1665           (ss+1)->sp = sp;
1666
1667           sp->mutex.lock();
1668
1669           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1670
1671           sp->activePositions[idx] = &pos;
1672
1673           if (sp->nodeType == Root)
1674               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1675           else if (sp->nodeType == PV)
1676               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1677           else if (sp->nodeType == NonPV)
1678               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1679           else
1680               assert(false);
1681
1682           assert(is_searching);
1683
1684           is_searching = false;
1685           sp->activePositions[idx] = NULL;
1686           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1687           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1688
1689           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1690           // case we are the last slave of the split point.
1691           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1692               &&  this != sp->master
1693               && !sp->slavesMask)
1694           {
1695               assert(!sp->master->is_searching);
1696               sp->master->wake_up();
1697           }
1698
1699           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1700           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1701           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1702           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1703           sp->mutex.unlock();
1704       }
1705   }
1706 }
1707
1708
1709 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1710 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1711 /// available time and so stop the search.
1712
1713 void check_time() {
1714
1715   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1716   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1717
1718   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1719   {
1720       lastInfoTime = Time::now();
1721       dbg_print();
1722   }
1723
1724   if (Limits.ponder)
1725       return;
1726
1727   if (Limits.nodes)
1728   {
1729       Threads.mutex.lock();
1730
1731       nodes = RootPos.nodes_searched();
1732
1733       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1734       // all the currently active slaves positions.
1735       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1736           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1737           {
1738               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1739
1740               sp.mutex.lock();
1741
1742               nodes += sp.nodes;
1743               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1744               while (sm)
1745               {
1746                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1747                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1748               }
1749
1750               sp.mutex.unlock();
1751           }
1752
1753       Threads.mutex.unlock();
1754   }
1755
1756   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1757   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1758                          && !Signals.failedLowAtRoot
1759                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1760
1761   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1762                    || stillAtFirstMove;
1763
1764   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1765       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1766       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1767       Signals.stop = true;
1768 }