Check for easy move just once
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   History Hist;
90   Gains Gain;
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(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
103   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * 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.game_ply(), 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->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->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->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 triedEasyMove = false;
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     Hist.clear();
304     Gain.clear();
305
306     PVSize = Options["MultiPV"];
307     Skill skill(Options["Skill Level"]);
308
309     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
310     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
311     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
312         PVSize = 4;
313
314     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
315
316     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
317     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
318     {
319         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
320         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
322             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
323
324         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
325         BestMoveChanges = 0;
326
327         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
328         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
329         {
330             // Set aspiration window default width
331             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
332             {
333                 delta = Value(16);
334                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
335                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
336             }
337             else
338             {
339                 alpha = -VALUE_INFINITE;
340                 beta  =  VALUE_INFINITE;
341             }
342
343             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
344             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
345             while (true)
346             {
347                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
348                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
349                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
350
351                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
352                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
353                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
354                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
355                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
356                 // the already searched PV lines are preserved.
357                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
358
359                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
360                 // entries have been overwritten during the search.
361                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
362                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
363
364                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
365                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
366                 // valid, although refers to previous iteration.
367                 if (Signals.stop)
368                     return;
369
370                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
371                 // research, otherwise exit the loop.
372                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
373                     break;
374
375                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
376                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
377                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378
379                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
380                 {
381                     alpha = -VALUE_INFINITE;
382                     beta  =  VALUE_INFINITE;
383                 }
384                 else if (bestValue >= beta)
385                 {
386                     beta += delta;
387                     delta += delta / 2;
388                 }
389                 else
390                 {
391                     Signals.failedLowAtRoot = true;
392                     Signals.stopOnPonderhit = false;
393
394                     alpha -= delta;
395                     delta += delta / 2;
396                 }
397
398                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
399             }
400
401             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
402             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
403
404             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
405                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
406         }
407
408         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
409         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
410             skill.pick_move();
411
412         if (Options["Use Search Log"])
413         {
414             Log log(Options["Search Log Filename"]);
415             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
416                 << std::endl;
417         }
418
419         // Do we have found a "mate in x"?
420         if (   Limits.mate
421             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
422             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
423             Signals.stop = true;
424
425         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
426         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
427         {
428             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
429
430             // Take in account some extra time if the best move has changed
431             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
432                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
433
434             // Stop search if most of available time is already consumed. We
435             // probably don't have enough time to search the first move at the
436             // next iteration anyway.
437             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
438                 stop = true;
439
440             // Stop search early if one move seems to be much better than others
441             if (    depth >= 12
442                 && !stop
443                 && !triedEasyMove
444                 &&  PVSize == 1
445                 && (   RootMoves.size() == 1
446                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
447             {
448                 triedEasyMove = true;
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* splitPoint;
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         splitPoint = ss->splitPoint;
513         bestMove   = splitPoint->bestMove;
514         threatMove = splitPoint->threatMove;
515         bestValue  = splitPoint->bestValue;
516         tte = NULL;
517         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
518         ttValue = VALUE_NONE;
519
520         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->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->eval_value()) == VALUE_NONE
596             ||(ss->evalMargin = tte->eval_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         Gain.update(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(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, Hist, 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, Hist, 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 = ++splitPoint->moveCount;
796           splitPoint->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       {
864           // Move count based pruning
865           if (   depth < 16 * ONE_PLY
866               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
867               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
868           {
869               if (SpNode)
870                   splitPoint->mutex.lock();
871
872               continue;
873           }
874
875           // Value based pruning
876           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
877           // but fixing this made program slightly weaker.
878           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
879           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
880                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
881
882           if (futilityValue < beta)
883           {
884               if (SpNode)
885                   splitPoint->mutex.lock();
886
887               continue;
888           }
889
890           // Prune moves with negative SEE at low depths
891           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
892               && pos.see_sign(move) < 0)
893           {
894               if (SpNode)
895                   splitPoint->mutex.lock();
896
897               continue;
898           }
899       }
900
901       // Check for legality only before to do the move
902       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
903       {
904           moveCount--;
905           continue;
906       }
907
908       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
909       ss->currentMove = move;
910       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
911           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
912
913       // Step 14. Make the move
914       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
915
916       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
917       // re-searched at full depth.
918       if (    depth > 3 * ONE_PLY
919           && !pvMove
920           && !captureOrPromotion
921           && !dangerous
922           &&  move != ttMove
923           &&  move != ss->killers[0]
924           &&  move != ss->killers[1])
925       {
926           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
927           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
928           if (SpNode)
929               alpha = splitPoint->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           if (SpNode)
943               alpha = splitPoint->alpha;
944
945           value = newDepth < ONE_PLY ?
946                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
948                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
949       }
950
951       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
952       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
953       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
954       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
955           value = newDepth < ONE_PLY ?
956                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
959       // Step 17. Undo move
960       pos.undo_move(move);
961
962       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
963
964       // Step 18. Check for new best move
965       if (SpNode)
966       {
967           splitPoint->mutex.lock();
968           bestValue = splitPoint->bestValue;
969           alpha = splitPoint->alpha;
970       }
971
972       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
973       // was aborted because the user interrupted the search or because we
974       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
975       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
976       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
977           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
978
979       if (RootNode)
980       {
981           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
982
983           // PV move or new best move ?
984           if (pvMove || value > alpha)
985           {
986               rm.score = value;
987               rm.extract_pv_from_tt(pos);
988
989               // We record how often the best move has been changed in each
990               // iteration. This information is used for time management: When
991               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
992               if (!pvMove)
993                   BestMoveChanges++;
994           }
995           else
996               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
997               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
998               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
999               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1000       }
1001
1002       if (value > bestValue)
1003       {
1004           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1005
1006           if (value > alpha)
1007           {
1008               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1009
1010               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1011                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1012               else
1013               {
1014                   assert(value >= beta); // Fail high
1015
1016                   if (SpNode)
1017                       splitPoint->cutoff = true;
1018
1019                   break;
1020               }
1021           }
1022       }
1023
1024       // Step 19. Check for splitting the search
1025       if (   !SpNode
1026           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1027           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1028           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1029       {
1030           assert(bestValue < beta);
1031
1032           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1033                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1034           if (bestValue >= beta)
1035               break;
1036       }
1037     }
1038
1039     if (SpNode)
1040         return bestValue;
1041
1042     // Step 20. Check for mate and stalemate
1043     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1044     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1045     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1046     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1047     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1048     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1049     if (!moveCount)
1050         return  excludedMove ? alpha
1051               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1052
1053     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1054     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1055     {
1056         assert(!playedMoveCount);
1057
1058         bestValue = alpha;
1059     }
1060
1061     if (bestValue >= beta) // Failed high
1062     {
1063         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1064                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1065
1066         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1067         {
1068             if (bestMove != ss->killers[0])
1069             {
1070                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1071                 ss->killers[0] = bestMove;
1072             }
1073
1074             // Increase history value of the cut-off move
1075             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1076             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1077
1078             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1079             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1080             {
1081                 Move m = movesSearched[i];
1082                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1083             }
1084         }
1085     }
1086     else // Failed low or PV search
1087         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1088                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1089                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1090
1091     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1092
1093     return bestValue;
1094   }
1095
1096
1097   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1098   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1099   // less than ONE_PLY).
1100
1101   template <NodeType NT, bool InCheck>
1102   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1103
1104     const bool PvNode = (NT == PV);
1105
1106     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1107     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1108     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1109     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1110     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1111
1112     StateInfo st;
1113     const TTEntry* tte;
1114     Key posKey;
1115     Move ttMove, move, bestMove;
1116     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1117     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1118     Depth ttDepth;
1119
1120     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1121     if (PvNode)
1122         oldAlpha = alpha;
1123
1124     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1125     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1126
1127     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1128     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1129         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1130
1131     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1132     // pruning, but only for move ordering.
1133     posKey = pos.key();
1134     tte = TT.probe(posKey);
1135     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1136     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1137
1138     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1139     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1140     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1141     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1142                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1143     if (   tte
1144         && tte->depth() >= ttDepth
1145         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1146         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1147             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1148                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1149     {
1150         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1151         return ttValue;
1152     }
1153
1154     // Evaluate the position statically
1155     if (InCheck)
1156     {
1157         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1158         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1159         enoughMaterial = false;
1160     }
1161     else
1162     {
1163         if (tte)
1164         {
1165             // Never assume anything on values stored in TT
1166             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1167                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1168                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1169         }
1170         else
1171             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1172
1173         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1174         if (bestValue >= beta)
1175         {
1176             if (!tte)
1177                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1178                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1179
1180             return bestValue;
1181         }
1182
1183         if (PvNode && bestValue > alpha)
1184             alpha = bestValue;
1185
1186         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1187         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1188     }
1189
1190     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1191     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1192     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1193     // be generated.
1194     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1195     CheckInfo ci(pos);
1196
1197     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1198     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1199     {
1200       assert(is_ok(move));
1201
1202       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1203
1204       // Futility pruning
1205       if (   !PvNode
1206           && !InCheck
1207           && !givesCheck
1208           &&  move != ttMove
1209           &&  enoughMaterial
1210           &&  type_of(move) != PROMOTION
1211           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1212       {
1213           futilityValue =  futilityBase
1214                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1215                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1216
1217           if (futilityValue < beta)
1218           {
1219               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1220               continue;
1221           }
1222
1223           // Prune moves with negative or equal SEE
1224           if (   futilityBase < beta
1225               && depth < DEPTH_ZERO
1226               && pos.see(move) <= 0)
1227           {
1228               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1229               continue;
1230           }
1231       }
1232
1233       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1234       evasionPrunable =   !PvNode
1235                        &&  InCheck
1236                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1237                        && !pos.is_capture(move)
1238                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1239
1240       // Don't search moves with negative SEE values
1241       if (   !PvNode
1242           && (!InCheck || evasionPrunable)
1243           &&  move != ttMove
1244           &&  type_of(move) != PROMOTION
1245           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1246           continue;
1247
1248       // Don't search useless checks
1249       if (   !PvNode
1250           && !InCheck
1251           &&  givesCheck
1252           &&  move != ttMove
1253           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1254           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1255           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1256           continue;
1257
1258       // Check for legality only before to do the move
1259       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1260           continue;
1261
1262       ss->currentMove = move;
1263
1264       // Make and search the move
1265       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1266       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1267                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1268       pos.undo_move(move);
1269
1270       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1271
1272       // Check for new best move
1273       if (value > bestValue)
1274       {
1275           bestValue = value;
1276
1277           if (value > alpha)
1278           {
1279               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1280               {
1281                   alpha = value;
1282                   bestMove = move;
1283               }
1284               else // Fail high
1285               {
1286                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1287                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1288
1289                   return value;
1290               }
1291           }
1292        }
1293     }
1294
1295     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1296     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1297     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1298         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1299
1300     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1301              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1302              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1303
1304     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1305
1306     return bestValue;
1307   }
1308
1309
1310   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1311   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1312   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1313
1314   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1315
1316     assert(v != VALUE_NONE);
1317
1318     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1319           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1320   }
1321
1322
1323   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1324   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1325   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1326
1327   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1328
1329     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1330           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1331           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1332   }
1333
1334
1335   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1336
1337   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1338   {
1339     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1340     Square from = from_sq(move);
1341     Square to = to_sq(move);
1342     Color them = ~pos.side_to_move();
1343     Square ksq = pos.king_square(them);
1344     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1345     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1346     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1347     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1348     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1349
1350     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1351     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1352         return true;
1353
1354     // Queen contact check is very dangerous
1355     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1356         return true;
1357
1358     // Creating new double threats with checks is dangerous
1359     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1360     while (b)
1361     {
1362         // Note that here we generate illegal "double move"!
1363         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1364             return true;
1365     }
1366
1367     return false;
1368   }
1369
1370
1371   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1372   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1373   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1374   // from a null search that fails low).
1375
1376   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1377
1378     assert(is_ok(first));
1379     assert(is_ok(second));
1380     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1381     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1382
1383     Square m1from = from_sq(first);
1384     Square m2from = from_sq(second);
1385     Square m1to = to_sq(first);
1386     Square m2to = to_sq(second);
1387
1388     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1389     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1390         return true;
1391
1392     // Second one moves through the square vacated by first one
1393     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1394       return true;
1395
1396     // Second's destination is defended by the first move's piece
1397     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1398     if (m1att & m2to)
1399         return true;
1400
1401     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1402     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1403     {
1404         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1405         return true;
1406     }
1407
1408     return false;
1409   }
1410
1411
1412   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1413   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1414   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1415
1416   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1417
1418     assert(is_ok(first));
1419     assert(is_ok(second));
1420
1421     Square m1from = from_sq(first);
1422     Square m2from = from_sq(second);
1423     Square m1to = to_sq(first);
1424     Square m2to = to_sq(second);
1425
1426     // Don't prune moves of the threatened piece
1427     if (m1from == m2to)
1428         return true;
1429
1430     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1431     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1432     if (    pos.is_capture(second)
1433         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1434             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1435     {
1436         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1437         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1438         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1439
1440         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1441         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1442             return true;
1443
1444         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1445         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1446                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1447
1448         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1449         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1450             return true;
1451     }
1452
1453     // Don't prune safe moves which block the threat path
1454     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1455         return true;
1456
1457     return false;
1458   }
1459
1460
1461   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1462   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1463
1464   Move Skill::pick_move() {
1465
1466     static RKISS rk;
1467
1468     // PRNG sequence should be not deterministic
1469     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1470         rk.rand<unsigned>();
1471
1472     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1473     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1474     int weakness = 120 - 2 * level;
1475     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1476     best = MOVE_NONE;
1477
1478     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1479     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1480     // then we choose the move with the resulting highest score.
1481     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1482     {
1483         int s = RootMoves[i].score;
1484
1485         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1486         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1487             break;
1488
1489         // This is our magic formula
1490         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1491               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1492
1493         if (s > max_s)
1494         {
1495             max_s = s;
1496             best = RootMoves[i].pv[0];
1497         }
1498     }
1499     return best;
1500   }
1501
1502
1503   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1504   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1505   // the previous search score.
1506
1507   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1508
1509     std::stringstream s;
1510     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1511     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1512     int selDepth = 0;
1513
1514     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1515         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1516             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1517
1518     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1519     {
1520         bool updated = (i <= PVIdx);
1521
1522         if (depth == 1 && !updated)
1523             continue;
1524
1525         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1526         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1527
1528         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1529             s << "\n";
1530
1531         s << "info depth " << d
1532           << " seldepth "  << selDepth
1533           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1534           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1535           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1536           << " time "      << elaspsed
1537           << " multipv "   << i + 1
1538           << " pv";
1539
1540         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1541             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1542     }
1543
1544     return s.str();
1545   }
1546
1547 } // namespace
1548
1549
1550 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1551 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1552 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1553 /// long PV to print that is important for position analysis.
1554
1555 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1556
1557   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1558   TTEntry* tte;
1559   int ply = 0;
1560   Move m = pv[0];
1561
1562   pv.clear();
1563
1564   do {
1565       pv.push_back(m);
1566
1567       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1568
1569       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1570       tte = TT.probe(pos.key());
1571
1572   } while (   tte
1573            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1574            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1575            && ply < MAX_PLY
1576            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1577
1578   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1579
1580   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1581 }
1582
1583
1584 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1585 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1586 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1587
1588 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1589
1590   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1591   TTEntry* tte;
1592   int ply = 0;
1593
1594   do {
1595       tte = TT.probe(pos.key());
1596
1597       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1598           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1599
1600       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1601
1602       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1603
1604   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1605
1606   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1607 }
1608
1609
1610 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1611
1612 void Thread::idle_loop() {
1613
1614   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1615   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1616   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1617
1618   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1619
1620   while (true)
1621   {
1622       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1623       // wasting CPU time polling for work.
1624       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1625       {
1626           if (exit)
1627           {
1628               assert(!this_sp);
1629               return;
1630           }
1631
1632           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1633           mutex.lock();
1634
1635           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1636           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1637           {
1638               mutex.unlock();
1639               break;
1640           }
1641
1642           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1643           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1644           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1645           // we had the chance to grab the lock.
1646           if (!searching && !exit)
1647               sleepCondition.wait(mutex);
1648
1649           mutex.unlock();
1650       }
1651
1652       // If this thread has been assigned work, launch a search
1653       if (searching)
1654       {
1655           assert(!exit);
1656
1657           Threads.mutex.lock();
1658
1659           assert(searching);
1660           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1661
1662           Threads.mutex.unlock();
1663
1664           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1665           Position pos(*sp->pos, this);
1666
1667           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1668           (ss+1)->splitPoint = sp;
1669
1670           sp->mutex.lock();
1671
1672           assert(activePosition == NULL);
1673
1674           activePosition = &pos;
1675
1676           switch (sp->nodeType) {
1677           case Root:
1678               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1679               break;
1680           case PV:
1681               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1682               break;
1683           case NonPV:
1684               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1685               break;
1686           default:
1687               assert(false);
1688           }
1689
1690           assert(searching);
1691
1692           searching = false;
1693           activePosition = NULL;
1694           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1695           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1696
1697           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1698           // in case we are the last slave of the split point.
1699           if (    Threads.sleepWhileIdle
1700               &&  this != sp->masterThread
1701               && !sp->slavesMask)
1702           {
1703               assert(!sp->masterThread->searching);
1704               sp->masterThread->notify_one();
1705           }
1706
1707           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1708           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1709           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1710           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1711           sp->mutex.unlock();
1712       }
1713
1714       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1715       // their work at this split point, return from the idle loop.
1716       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1717       {
1718           this_sp->mutex.lock();
1719           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1720           this_sp->mutex.unlock();
1721           if (finished)
1722               return;
1723       }
1724   }
1725 }
1726
1727
1728 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1729 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1730 /// available time and so stop the search.
1731
1732 void check_time() {
1733
1734   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1735   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1736
1737   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1738   {
1739       lastInfoTime = Time::now();
1740       dbg_print();
1741   }
1742
1743   if (Limits.ponder)
1744       return;
1745
1746   if (Limits.nodes)
1747   {
1748       Threads.mutex.lock();
1749
1750       nodes = RootPos.nodes_searched();
1751
1752       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1753       // all the currently active positions nodes.
1754       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1755           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1756           {
1757               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1758
1759               sp.mutex.lock();
1760
1761               nodes += sp.nodes;
1762               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1763               while (sm)
1764               {
1765                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1766                   if (pos)
1767                       nodes += pos->nodes_searched();
1768               }
1769
1770               sp.mutex.unlock();
1771           }
1772
1773       Threads.mutex.unlock();
1774   }
1775
1776   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1777   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1778                          && !Signals.failedLowAtRoot
1779                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1780
1781   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1782                    || stillAtFirstMove;
1783
1784   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1785       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1786       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1787       Signals.stop = true;
1788 }