Restore "fail-low of reduced" and close regression
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
231   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
232       Threads[i].maxPly = 0;
233
234   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
235
236   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
237   // used to check for remaining available thinking time.
238   Threads.timer_thread()->msec =
239   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
240                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
241                                : 100;
242
243   Threads.timer_thread()->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer_thread()->msec = 0; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Use Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
268   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
269   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
270   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
271   // raise Signals.stop).
272   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
273   {
274       Signals.stopOnPonderhit = true;
275       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
276   }
277
278   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
279   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
280             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
281             << sync_endl;
282 }
283
284
285 namespace {
286
287   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
288   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
289   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291   void id_loop(Position& pos) {
292
293     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
294     int depth, prevBestMoveChanges;
295     Value bestValue, alpha, beta, delta;
296     bool bestMoveNeverChanged = true;
297
298     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
299     depth = BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
301     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
302     TT.new_search();
303     H.clear();
304
305     PVSize = Options["MultiPV"];
306     Skill skill(Options["Skill Level"]);
307
308     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
309     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
310     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
311         PVSize = 4;
312
313     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
314
315     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
316     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
317     {
318         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
319         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
320         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
321             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
322
323         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
324         BestMoveChanges = 0;
325
326         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
327         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
328         {
329             // Set aspiration window default width
330             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
331             {
332                 delta = Value(16);
333                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
334                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
335             }
336             else
337             {
338                 alpha = -VALUE_INFINITE;
339                 beta  =  VALUE_INFINITE;
340             }
341
342             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
343             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
347                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
348                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
349
350                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
351                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
352                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
353                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
354                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
355                 // the already searched PV lines are preserved.
356                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
357
358                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
359                 // entries have been overwritten during the search.
360                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
361                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
362
363                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
364                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
365                 // valid, although refers to previous iteration.
366                 if (Signals.stop)
367                     return;
368
369                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
370                 // research, otherwise exit the loop.
371                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
372                     break;
373
374                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
375                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
376                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
377
378                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
379                 {
380                     alpha = -VALUE_INFINITE;
381                     beta  =  VALUE_INFINITE;
382                 }
383                 else if (bestValue >= beta)
384                 {
385                     beta += delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388                 else
389                 {
390                     Signals.failedLowAtRoot = true;
391                     Signals.stopOnPonderhit = false;
392
393                     alpha -= delta;
394                     delta += delta / 2;
395                 }
396
397                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
398             }
399
400             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
401             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
402             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
403                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
404         }
405
406         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
407         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
408             skill.pick_move();
409
410         if (Options["Use Search Log"])
411         {
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
418         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
419             bestMoveNeverChanged = false;
420
421         // Do we have found a "mate in x"?
422         if (   Limits.mate
423             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
424             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
425             Signals.stop = true;
426
427         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
428         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
429         {
430             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
431
432             // Take in account some extra time if the best move has changed
433             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
434                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
435
436             // Stop search if most of available time is already consumed. We
437             // probably don't have enough time to search the first move at the
438             // next iteration anyway.
439             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
440                 stop = true;
441
442             // Stop search early if one move seems to be much better than others
443             if (    depth >= 12
444                 && !stop
445                 &&  PVSize == 1
446                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
447                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
448             {
449                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
450                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
451                 (ss+1)->skipNullMove = true;
452                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
453                 (ss+1)->skipNullMove = false;
454                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
455
456                 if (v < rBeta)
457                     stop = true;
458             }
459
460             if (stop)
461             {
462                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
463                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
464                 if (Limits.ponder)
465                     Signals.stopOnPonderhit = true;
466                 else
467                     Signals.stop = true;
468             }
469         }
470     }
471   }
472
473
474   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
475   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
476   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
477   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
478   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
479   // here: This is taken care of after we return from the split point.
480
481   template <NodeType NT>
482   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
483
484     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
485     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
486     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
487
488     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
489     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
490     assert(depth > DEPTH_ZERO);
491
492     Move movesSearched[64];
493     StateInfo st;
494     const TTEntry *tte;
495     SplitPoint* sp;
496     Key posKey;
497     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
498     Depth ext, newDepth;
499     Value bestValue, value, ttValue;
500     Value eval, nullValue, futilityValue;
501     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
502     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
503     int moveCount, playedMoveCount;
504
505     // Step 1. Initialize node
506     Thread* thisThread = pos.this_thread();
507     moveCount = playedMoveCount = 0;
508     inCheck = pos.checkers();
509
510     if (SpNode)
511     {
512         sp = ss->sp;
513         bestMove   = sp->bestMove;
514         threatMove = sp->threatMove;
515         bestValue  = sp->bestValue;
516         tte = NULL;
517         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
518         ttValue = VALUE_NONE;
519
520         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
521
522         goto split_point_start;
523     }
524
525     bestValue = -VALUE_INFINITE;
526     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
527     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
528     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
529     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
530
531     // Used to send selDepth info to GUI
532     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
533         thisThread->maxPly = ss->ply;
534
535     if (!RootNode)
536     {
537         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
538         if (Signals.stop || pos.is_draw<false>() || ss->ply > MAX_PLY)
539             return DrawValue[pos.side_to_move()];
540
541         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
542         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
543         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
544         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
545         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
546         // in this case return a fail-high score.
547         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
548         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
549         if (alpha >= beta)
550             return alpha;
551     }
552
553     // Step 4. Transposition table lookup
554     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
555     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
556     excludedMove = ss->excludedMove;
557     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
558     tte = TT.probe(posKey);
559     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
560     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
561
562     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
563     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
564     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
565     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
566     if (   !RootNode
567         && tte
568         && tte->depth() >= depth
569         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
570         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
571             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
572                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
573     {
574         TT.refresh(tte);
575         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
576
577         if (    ttValue >= beta
578             &&  ttMove
579             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
580             &&  ttMove != ss->killers[0])
581         {
582             ss->killers[1] = ss->killers[0];
583             ss->killers[0] = ttMove;
584         }
585         return ttValue;
586     }
587
588     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
589     if (inCheck)
590         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
591
592     else if (tte)
593     {
594         // Never assume anything on values stored in TT
595         if (  (ss->staticEval = eval = tte->static_value()) == VALUE_NONE
596             ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
597             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
598
599         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
600         if (ttValue != VALUE_NONE)
601             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
602                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
603                 eval = ttValue;
604     }
605     else
606     {
607         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
608         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
609                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
610     }
611
612     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
613     // evaluation before and after the move.
614     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
615         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
616         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
617         && !pos.captured_piece_type()
618         &&  type_of(move) == NORMAL)
619     {
620         Square to = to_sq(move);
621         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
622     }
623
624     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
625     if (   !PvNode
626         &&  depth < 4 * ONE_PLY
627         && !inCheck
628         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
629         &&  ttMove == MOVE_NONE
630         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
631         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
632     {
633         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
634         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
635         if (v < rbeta)
636             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
637             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
638             return v;
639     }
640
641     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
642     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
643     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
644     if (   !PvNode
645         && !ss->skipNullMove
646         &&  depth < 4 * ONE_PLY
647         && !inCheck
648         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
649         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
650         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
651         return eval - FutilityMargins[depth][0];
652
653     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
654     if (   !PvNode
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  depth > ONE_PLY
657         && !inCheck
658         &&  eval >= beta
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
660         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
661     {
662         ss->currentMove = MOVE_NULL;
663
664         // Null move dynamic reduction based on depth
665         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
666
667         // Null move dynamic reduction based on value
668         if (eval - PawnValueMg > beta)
669             R += ONE_PLY;
670
671         pos.do_null_move(st);
672         (ss+1)->skipNullMove = true;
673         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
674                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
675         (ss+1)->skipNullMove = false;
676         pos.undo_null_move();
677
678         if (nullValue >= beta)
679         {
680             // Do not return unproven mate scores
681             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
682                 nullValue = beta;
683
684             if (depth < 6 * ONE_PLY)
685                 return nullValue;
686
687             // Do verification search at high depths
688             ss->skipNullMove = true;
689             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
690             ss->skipNullMove = false;
691
692             if (v >= beta)
693                 return nullValue;
694         }
695         else
696         {
697             // The null move failed low, which means that we may be faced with
698             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
699             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
700             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
701             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
702             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
703             threatMove = (ss+1)->currentMove;
704
705             if (   depth < 5 * ONE_PLY
706                 && (ss-1)->reduction
707                 && threatMove != MOVE_NONE
708                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
709                 return beta - 1;
710         }
711     }
712
713     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
714     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
715     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
716     // prune the previous move.
717     if (   !PvNode
718         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
719         && !inCheck
720         && !ss->skipNullMove
721         &&  excludedMove == MOVE_NONE
722         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
723     {
724         Value rbeta = beta + 200;
725         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
726
727         assert(rdepth >= ONE_PLY);
728         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
729         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
730
731         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
732         CheckInfo ci(pos);
733
734         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
735             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
736             {
737                 ss->currentMove = move;
738                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
739                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
740                 pos.undo_move(move);
741                 if (value >= rbeta)
742                     return value;
743             }
744     }
745
746     // Step 10. Internal iterative deepening
747     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
748         && ttMove == MOVE_NONE
749         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
750     {
751         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
752
753         ss->skipNullMove = true;
754         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
755         ss->skipNullMove = false;
756
757         tte = TT.probe(posKey);
758         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
759     }
760
761 split_point_start: // At split points actual search starts from here
762
763     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
764     CheckInfo ci(pos);
765     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
766     singularExtensionNode =   !RootNode
767                            && !SpNode
768                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
769                            &&  ttMove != MOVE_NONE
770                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
771                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
772                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
773
774     // Step 11. Loop through moves
775     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
776     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
777     {
778       assert(is_ok(move));
779
780       if (move == excludedMove)
781           continue;
782
783       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
784       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
785       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
786       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
787           continue;
788
789       if (SpNode)
790       {
791           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
792           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
793               continue;
794
795           moveCount = ++sp->moveCount;
796           sp->mutex.unlock();
797       }
798       else
799           moveCount++;
800
801       if (RootNode)
802       {
803           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
804
805           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
806               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
807                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
808                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
809       }
810
811       ext = DEPTH_ZERO;
812       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
813       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
814       dangerous =   givesCheck
815                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
816                  || type_of(move) == CASTLE
817                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
818                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
819                      && type_of(move) == NORMAL
820                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
821                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
822
823       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
824       if (PvNode && dangerous)
825           ext = ONE_PLY;
826
827       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
828           ext = ONE_PLY / 2;
829
830       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
831       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
832       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
833       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
834       // a margin then we extend ttMove.
835       if (    singularExtensionNode
836           &&  move == ttMove
837           && !ext
838           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
839           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
840       {
841           assert(ttValue != VALUE_NONE);
842
843           Value rBeta = ttValue - int(depth);
844           ss->excludedMove = move;
845           ss->skipNullMove = true;
846           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
847           ss->skipNullMove = false;
848           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
849
850           if (value < rBeta)
851               ext = ONE_PLY;
852       }
853
854       // Update current move (this must be done after singular extension search)
855       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
856
857       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
858       if (   !PvNode
859           && !captureOrPromotion
860           && !inCheck
861           && !dangerous
862           &&  move != ttMove
863           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
864                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
865       {
866           // Move count based pruning
867           if (   depth < 16 * ONE_PLY
868               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
869               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
870           {
871               if (SpNode)
872                   sp->mutex.lock();
873
874               continue;
875           }
876
877           // Value based pruning
878           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
879           // but fixing this made program slightly weaker.
880           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
881           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
882                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
883
884           if (futilityValue < beta)
885           {
886               if (SpNode)
887                   sp->mutex.lock();
888
889               continue;
890           }
891
892           // Prune moves with negative SEE at low depths
893           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
894               && pos.see_sign(move) < 0)
895           {
896               if (SpNode)
897                   sp->mutex.lock();
898
899               continue;
900           }
901       }
902
903       // Check for legality only before to do the move
904       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
905       {
906           moveCount--;
907           continue;
908       }
909
910       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
911       ss->currentMove = move;
912       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
913           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
914
915       // Step 14. Make the move
916       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
917
918       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
919       // re-searched at full depth.
920       if (    depth > 3 * ONE_PLY
921           && !pvMove
922           && !captureOrPromotion
923           && !dangerous
924           &&  ss->killers[0] != move
925           &&  ss->killers[1] != move)
926       {
927           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
928           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
929           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
930
931           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
932
933           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
934           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
935       }
936       else
937           doFullDepthSearch = !pvMove;
938
939       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
940       if (doFullDepthSearch)
941       {
942           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
943           value = newDepth < ONE_PLY ?
944                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
947       }
948
949       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
950       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
951       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
952       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
953           value = newDepth < ONE_PLY ?
954                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
955                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
957       // Step 17. Undo move
958       pos.undo_move(move);
959
960       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
961
962       // Step 18. Check for new best move
963       if (SpNode)
964       {
965           sp->mutex.lock();
966           bestValue = sp->bestValue;
967           alpha = sp->alpha;
968       }
969
970       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
971       // was aborted because the user interrupted the search or because we
972       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
973       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
974       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
975           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
976
977       if (RootNode)
978       {
979           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
980
981           // PV move or new best move ?
982           if (pvMove || value > alpha)
983           {
984               rm.score = value;
985               rm.extract_pv_from_tt(pos);
986
987               // We record how often the best move has been changed in each
988               // iteration. This information is used for time management: When
989               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
990               if (!pvMove)
991                   BestMoveChanges++;
992           }
993           else
994               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
995               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
996               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
997               rm.score = -VALUE_INFINITE;
998       }
999
1000       if (value > bestValue)
1001       {
1002           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
1003
1004           if (value > alpha)
1005           {
1006               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
1007
1008               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1009                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
1010               else
1011               {
1012                   assert(value >= beta); // Fail high
1013
1014                   if (SpNode)
1015                       sp->cutoff = true;
1016
1017                   break;
1018               }
1019           }
1020       }
1021
1022       // Step 19. Check for splitting the search
1023       if (   !SpNode
1024           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1025           &&  Threads.slave_available(thisThread)
1026           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1027       {
1028           assert(bestValue < beta);
1029
1030           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1031                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1032           if (bestValue >= beta)
1033               break;
1034       }
1035     }
1036
1037     if (SpNode)
1038         return bestValue;
1039
1040     // Step 20. Check for mate and stalemate
1041     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1042     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1043     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1044     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1045     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1046     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1047     if (!moveCount)
1048         return  excludedMove ? alpha
1049               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1050
1051     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1052     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1053     {
1054         assert(!playedMoveCount);
1055
1056         bestValue = alpha;
1057     }
1058
1059     if (bestValue >= beta) // Failed high
1060     {
1061         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1062                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1063
1064         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1065         {
1066             if (bestMove != ss->killers[0])
1067             {
1068                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1069                 ss->killers[0] = bestMove;
1070             }
1071
1072             // Increase history value of the cut-off move
1073             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1074             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1075
1076             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1077             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1078             {
1079                 Move m = movesSearched[i];
1080                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1081             }
1082         }
1083     }
1084     else // Failed low or PV search
1085         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1086                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1087                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1088
1089     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1090
1091     return bestValue;
1092   }
1093
1094
1095   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1096   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1097   // less than ONE_PLY).
1098
1099   template <NodeType NT, bool InCheck>
1100   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1101
1102     const bool PvNode = (NT == PV);
1103
1104     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1105     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1106     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1107     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1108     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1109
1110     StateInfo st;
1111     const TTEntry* tte;
1112     Key posKey;
1113     Move ttMove, move, bestMove;
1114     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1115     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1116     Depth ttDepth;
1117
1118     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1119     if (PvNode)
1120         oldAlpha = alpha;
1121
1122     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1123     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1124
1125     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1126     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1127         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1128
1129     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1130     // pruning, but only for move ordering.
1131     posKey = pos.key();
1132     tte = TT.probe(posKey);
1133     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1134     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1135
1136     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1137     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1138     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1139     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1140                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1141     if (   tte
1142         && tte->depth() >= ttDepth
1143         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1144         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1145             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1146                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1147     {
1148         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1149         return ttValue;
1150     }
1151
1152     // Evaluate the position statically
1153     if (InCheck)
1154     {
1155         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1156         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1157         enoughMaterial = false;
1158     }
1159     else
1160     {
1161         if (tte)
1162         {
1163             // Never assume anything on values stored in TT
1164             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1165                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1166                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1167         }
1168         else
1169             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1170
1171         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1172         if (bestValue >= beta)
1173         {
1174             if (!tte)
1175                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1176                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1177
1178             return bestValue;
1179         }
1180
1181         if (PvNode && bestValue > alpha)
1182             alpha = bestValue;
1183
1184         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1185         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1186     }
1187
1188     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1189     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1190     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1191     // be generated.
1192     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1193     CheckInfo ci(pos);
1194
1195     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1196     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1197     {
1198       assert(is_ok(move));
1199
1200       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1201
1202       // Futility pruning
1203       if (   !PvNode
1204           && !InCheck
1205           && !givesCheck
1206           &&  move != ttMove
1207           &&  enoughMaterial
1208           &&  type_of(move) != PROMOTION
1209           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1210       {
1211           futilityValue =  futilityBase
1212                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1213                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1214
1215           if (futilityValue < beta)
1216           {
1217               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1218               continue;
1219           }
1220
1221           // Prune moves with negative or equal SEE
1222           if (   futilityBase < beta
1223               && depth < DEPTH_ZERO
1224               && pos.see(move) <= 0)
1225           {
1226               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1227               continue;
1228           }
1229       }
1230
1231       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1232       evasionPrunable =   !PvNode
1233                        &&  InCheck
1234                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1235                        && !pos.is_capture(move)
1236                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1237
1238       // Don't search moves with negative SEE values
1239       if (   !PvNode
1240           && (!InCheck || evasionPrunable)
1241           &&  move != ttMove
1242           &&  type_of(move) != PROMOTION
1243           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1244           continue;
1245
1246       // Don't search useless checks
1247       if (   !PvNode
1248           && !InCheck
1249           &&  givesCheck
1250           &&  move != ttMove
1251           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1252           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1253           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1254           continue;
1255
1256       // Check for legality only before to do the move
1257       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1258           continue;
1259
1260       ss->currentMove = move;
1261
1262       // Make and search the move
1263       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1264       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1265                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1266       pos.undo_move(move);
1267
1268       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1269
1270       // Check for new best move
1271       if (value > bestValue)
1272       {
1273           bestValue = value;
1274
1275           if (value > alpha)
1276           {
1277               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1278               {
1279                   alpha = value;
1280                   bestMove = move;
1281               }
1282               else // Fail high
1283               {
1284                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1285                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1286
1287                   return value;
1288               }
1289           }
1290        }
1291     }
1292
1293     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1294     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1295     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1296         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1297
1298     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1299              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1300              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1301
1302     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1303
1304     return bestValue;
1305   }
1306
1307
1308   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1309   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1310   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1311
1312   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1313
1314     assert(v != VALUE_NONE);
1315
1316     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1317           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1318   }
1319
1320
1321   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1322   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1323   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1324
1325   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1326
1327     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1328           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1329           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1330   }
1331
1332
1333   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1334
1335   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1336   {
1337     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1338     Square from = from_sq(move);
1339     Square to = to_sq(move);
1340     Color them = ~pos.side_to_move();
1341     Square ksq = pos.king_square(them);
1342     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1343     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1344     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1345     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1346     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1347
1348     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1349     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1350         return true;
1351
1352     // Queen contact check is very dangerous
1353     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1354         return true;
1355
1356     // Creating new double threats with checks is dangerous
1357     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1358     while (b)
1359     {
1360         // Note that here we generate illegal "double move"!
1361         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1362             return true;
1363     }
1364
1365     return false;
1366   }
1367
1368
1369   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1370   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1371   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1372   // from a null search that fails low).
1373
1374   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1375
1376     assert(is_ok(first));
1377     assert(is_ok(second));
1378     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1379     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1380
1381     Square m1from = from_sq(first);
1382     Square m2from = from_sq(second);
1383     Square m1to = to_sq(first);
1384     Square m2to = to_sq(second);
1385
1386     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1387     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1388         return true;
1389
1390     // Second one moves through the square vacated by first one
1391     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1392       return true;
1393
1394     // Second's destination is defended by the first move's piece
1395     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1396     if (m1att & m2to)
1397         return true;
1398
1399     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1400     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1401     {
1402         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1403         return true;
1404     }
1405
1406     return false;
1407   }
1408
1409
1410   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1411   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1412   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1413   // that fails low).
1414
1415   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1416
1417     assert(is_ok(first));
1418     assert(is_ok(second));
1419
1420     Square m1from = from_sq(first);
1421     Square m2from = from_sq(second);
1422     Square m1to = to_sq(first);
1423     Square m2to = to_sq(second);
1424
1425     // Don't prune moves of the threatened piece
1426     if (m1from == m2to)
1427         return true;
1428
1429     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1430     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1431     if (    pos.is_capture(second)
1432         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1433             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1434     {
1435         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1436         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1437         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1438
1439         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1440         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1441             return true;
1442
1443         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1444         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1445                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1446
1447         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1448         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1449             return true;
1450     }
1451
1452     // Don't prune safe moves which block the threat path
1453     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1454         return true;
1455
1456     return false;
1457   }
1458
1459
1460   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1461   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1462
1463   Move Skill::pick_move() {
1464
1465     static RKISS rk;
1466
1467     // PRNG sequence should be not deterministic
1468     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1469         rk.rand<unsigned>();
1470
1471     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1472     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1473     int weakness = 120 - 2 * level;
1474     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1475     best = MOVE_NONE;
1476
1477     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1478     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1479     // then we choose the move with the resulting highest score.
1480     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1481     {
1482         int s = RootMoves[i].score;
1483
1484         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1485         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1486             break;
1487
1488         // This is our magic formula
1489         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1490               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1491
1492         if (s > max_s)
1493         {
1494             max_s = s;
1495             best = RootMoves[i].pv[0];
1496         }
1497     }
1498     return best;
1499   }
1500
1501
1502   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1503   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1504   // the previous search score.
1505
1506   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1507
1508     std::stringstream s;
1509     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1510     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1511     int selDepth = 0;
1512
1513     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1514         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1515             selDepth = Threads[i].maxPly;
1516
1517     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1518     {
1519         bool updated = (i <= PVIdx);
1520
1521         if (depth == 1 && !updated)
1522             continue;
1523
1524         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1525         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1526
1527         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1528             s << "\n";
1529
1530         s << "info depth " << d
1531           << " seldepth "  << selDepth
1532           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1533           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1534           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1535           << " time "      << elaspsed
1536           << " multipv "   << i + 1
1537           << " pv";
1538
1539         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1540             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1541     }
1542
1543     return s.str();
1544   }
1545
1546 } // namespace
1547
1548
1549 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1550 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1551 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1552 /// long PV to print that is important for position analysis.
1553
1554 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1555
1556   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1557   TTEntry* tte;
1558   int ply = 0;
1559   Move m = pv[0];
1560
1561   pv.clear();
1562
1563   do {
1564       pv.push_back(m);
1565
1566       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1567
1568       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1569       tte = TT.probe(pos.key());
1570
1571   } while (   tte
1572            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1573            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1574            && ply < MAX_PLY
1575            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1576
1577   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1578
1579   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1580 }
1581
1582
1583 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1584 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1585 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1586
1587 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1588
1589   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1590   TTEntry* tte;
1591   int ply = 0;
1592
1593   do {
1594       tte = TT.probe(pos.key());
1595
1596       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1597           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1598
1599       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1600
1601       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1602
1603   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1604
1605   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1606 }
1607
1608
1609 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1610
1611 void Thread::idle_loop() {
1612
1613   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1614   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1615   const SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1616
1617   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1618
1619   // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1620   // their work at this split point, return from the idle loop.
1621   while (!this_sp || this_sp->slavesMask)
1622   {
1623       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1624       // wasting CPU time polling for work.
1625       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1626       {
1627           if (exit)
1628           {
1629               assert(!this_sp);
1630               return;
1631           }
1632
1633           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1634           mutex.lock();
1635
1636           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1637           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1638           {
1639               mutex.unlock();
1640               break;
1641           }
1642
1643           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1644           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1645           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1646           // we had the chance to grab the lock.
1647           if (!searching && !exit)
1648               sleepCondition.wait(mutex);
1649
1650           mutex.unlock();
1651       }
1652
1653       // If this thread has been assigned work, launch a search
1654       if (searching)
1655       {
1656           assert(!exit);
1657
1658           Threads.mutex.lock();
1659
1660           assert(searching);
1661           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1662
1663           Threads.mutex.unlock();
1664
1665           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1666           Position pos(*sp->pos, this);
1667
1668           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1669           (ss+1)->sp = sp;
1670
1671           sp->mutex.lock();
1672
1673           assert(sp->slavesPositions[idx] == NULL);
1674
1675           sp->slavesPositions[idx] = &pos;
1676
1677           switch (sp->nodeType) {
1678           case Root:
1679               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1680               break;
1681           case PV:
1682               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1683               break;
1684           case NonPV:
1685               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1686               break;
1687           default:
1688               assert(false);
1689           }
1690
1691           assert(searching);
1692
1693           searching = false;
1694           sp->slavesPositions[idx] = NULL;
1695           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1696           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1697
1698           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1699           // in case we are the last slave of the split point.
1700           if (    Threads.sleepWhileIdle
1701               &&  this != sp->master
1702               && !sp->slavesMask)
1703           {
1704               assert(!sp->master->searching);
1705               sp->master->notify_one();
1706           }
1707
1708           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1709           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1710           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1711           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1712           sp->mutex.unlock();
1713       }
1714   }
1715 }
1716
1717
1718 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1719 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1720 /// available time and so stop the search.
1721
1722 void check_time() {
1723
1724   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1725   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1726
1727   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1728   {
1729       lastInfoTime = Time::now();
1730       dbg_print();
1731   }
1732
1733   if (Limits.ponder)
1734       return;
1735
1736   if (Limits.nodes)
1737   {
1738       Threads.mutex.lock();
1739
1740       nodes = RootPos.nodes_searched();
1741
1742       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1743       // all the currently active slaves positions.
1744       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1745           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsSize; j++)
1746           {
1747               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1748
1749               sp.mutex.lock();
1750
1751               nodes += sp.nodes;
1752               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1753               while (sm)
1754               {
1755                   Position* pos = sp.slavesPositions[pop_lsb(&sm)];
1756                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1757               }
1758
1759               sp.mutex.unlock();
1760           }
1761
1762       Threads.mutex.unlock();
1763   }
1764
1765   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1766   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1767                          && !Signals.failedLowAtRoot
1768                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1769
1770   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1771                    || stillAtFirstMove;
1772
1773   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1774       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1775       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1776       Signals.stop = true;
1777 }