Temporary revert previous patch
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "history.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History H;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
102   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
103   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140   }
141
142   // Init futility margins array
143   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
144       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; d++)
148       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154
155 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
158   if (depth == ONE_PLY)
159       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
160
161   StateInfo st;
162   size_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164
165   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
166   {
167       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
168       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(ml.move());
170   }
171
172   return cnt;
173 }
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
183
184   RootColor = RootPos.side_to_move();
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.startpos_ply_counter(), RootColor);
186
187   if (RootMoves.empty())
188   {
189       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
190       sync_cout << "info depth 0 score "
191                 << score_to_uci(RootPos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
192                 << sync_endl;
193
194       goto finalize;
195   }
196
197   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
198   {
199       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
200
201       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
202       {
203           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
204           goto finalize;
205       }
206   }
207
208   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
209   {
210       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
211       cf = cf * MaterialTable::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
212       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
213       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
214   }
215   else
216       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
217
218   if (Options["Use Search Log"])
219   {
220       Log log(Options["Search Log Filename"]);
221       log << "\nSearching: "  << RootPos.to_fen()
222           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
223           << " ponder: "      << Limits.ponder
224           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
225           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
226           << " moves to go: " << Limits.movestogo
227           << std::endl;
228   }
229
230   Threads.wake_up();
231
232   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
233   // used to check for remaining available thinking time.
234   if (Limits.use_time_management())
235       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16,
236                                                TimerResolution)));
237   else if (Limits.nodes)
238       Threads.set_timer(2 * TimerResolution);
239   else
240       Threads.set_timer(100);
241
242   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
243
244   Threads.set_timer(0); // Stop timer
245   Threads.sleep();
246
247   if (Options["Use Search Log"])
248   {
249       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
250
251       Log log(Options["Search Log Filename"]);
252       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
253           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
254           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
255
256       StateInfo st;
257       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
258       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
259       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
260   }
261
262 finalize:
263
264   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
265   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
266   // move before we are told to do so.
267   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
268       RootPos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
286     int depth, prevBestMoveChanges;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288     bool bestMoveNeverChanged = true;
289
290     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
291     depth = BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
293     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
294     TT.new_search();
295     H.clear();
296
297     PVSize = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
301     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
303         PVSize = 4;
304
305     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
311         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
312         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
313             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
314
315         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
316         BestMoveChanges = 0;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
320         {
321             // Set aspiration window default width
322             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
326                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
327             }
328             else
329             {
330                 alpha = -VALUE_INFINITE;
331                 beta  =  VALUE_INFINITE;
332             }
333
334             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
335             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
339                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
341
342                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
343                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
344                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
345                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
346                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
347                 // the already searched PV lines are preserved.
348                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
357                 // valid, although refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     return;
360
361                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
362                 // research, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
364                     break;
365
366                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
367                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
371                 {
372                     alpha = -VALUE_INFINITE;
373                     beta  =  VALUE_INFINITE;
374                 }
375                 else if (bestValue >= beta)
376                 {
377                     beta += delta;
378                     delta += delta / 2;
379                 }
380                 else
381                 {
382                     Signals.failedLowAtRoot = true;
383                     Signals.stopOnPonderhit = false;
384
385                     alpha -= delta;
386                     delta += delta / 2;
387                 }
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394             sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
395         }
396
397         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
398         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
399             skill.pick_move();
400
401         if (Options["Use Search Log"])
402         {
403             Log log(Options["Search Log Filename"]);
404             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
405                 << std::endl;
406         }
407
408         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
409         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
410             bestMoveNeverChanged = false;
411
412         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
413         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
414         {
415             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
416
417             // Take in account some extra time if the best move has changed
418             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
419                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
420
421             // Stop search if most of available time is already consumed. We
422             // probably don't have enough time to search the first move at the
423             // next iteration anyway.
424             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
425                 stop = true;
426
427             // Stop search early if one move seems to be much better than others
428             if (    depth >= 12
429                 && !stop
430                 &&  PVSize == 1
431                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
432                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
433             {
434                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
435                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
436                 (ss+1)->skipNullMove = true;
437                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
438                 (ss+1)->skipNullMove = false;
439                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
440
441                 if (v < rBeta)
442                     stop = true;
443             }
444
445             if (stop)
446             {
447                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
448                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
449                 if (Limits.ponder)
450                     Signals.stopOnPonderhit = true;
451                 else
452                     Signals.stop = true;
453             }
454         }
455     }
456   }
457
458
459   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
460   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
461   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
462   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
463   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
464   // here: This is taken care of after we return from the split point.
465
466   template <NodeType NT>
467   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
468
469     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
470     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
472
473     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
474     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
475     assert(depth > DEPTH_ZERO);
476
477     Move movesSearched[64];
478     StateInfo st;
479     const TTEntry *tte;
480     SplitPoint* sp;
481     Key posKey;
482     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
483     Depth ext, newDepth;
484     Value bestValue, value, ttValue;
485     Value eval, nullValue, futilityValue;
486     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
487     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
488     int moveCount, playedMoveCount;
489
490     // Step 1. Initialize node
491     Thread* thisThread = pos.this_thread();
492     moveCount = playedMoveCount = 0;
493     inCheck = pos.in_check();
494
495     if (SpNode)
496     {
497         sp = ss->sp;
498         bestMove   = sp->bestMove;
499         threatMove = sp->threatMove;
500         bestValue  = sp->bestValue;
501         tte = NULL;
502         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
503         ttValue = VALUE_NONE;
504
505         assert(sp->bestValue > -VALUE_INFINITE && sp->moveCount > 0);
506
507         goto split_point_start;
508     }
509
510     bestValue = -VALUE_INFINITE;
511     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
512     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
513     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
514     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
515
516     // Used to send selDepth info to GUI
517     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
518         thisThread->maxPly = ss->ply;
519
520     if (!RootNode)
521     {
522         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
523         if (Signals.stop || pos.is_draw<true, PvNode>() || ss->ply > MAX_PLY)
524             return DrawValue[pos.side_to_move()];
525
526         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
527         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
528         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
529         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
530         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
531         // in this case return a fail-high score.
532         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
533         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
534         if (alpha >= beta)
535             return alpha;
536     }
537
538     // Step 4. Transposition table lookup
539     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
540     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
541     excludedMove = ss->excludedMove;
542     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
543     tte = TT.probe(posKey);
544     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
545     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
546
547     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
548     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
549     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
550     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
551     if (   !RootNode
552         && tte
553         && tte->depth() >= depth
554         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
555         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
556             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
557                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
558     {
559         TT.refresh(tte);
560         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
561
562         if (    ttValue >= beta
563             &&  ttMove
564             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
565             &&  ttMove != ss->killers[0])
566         {
567             ss->killers[1] = ss->killers[0];
568             ss->killers[0] = ttMove;
569         }
570         return ttValue;
571     }
572
573     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
574     if (inCheck)
575         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
576
577     else if (tte)
578     {
579         // Following asserts are valid only in single thread condition because
580         // TT access is always racy and its contents cannot be trusted.
581         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
582         assert(ttValue != VALUE_NONE || tte->type() == BOUND_NONE || Threads.size() > 1);
583
584         ss->staticEval = eval = tte->static_value();
585         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
586
587         if (eval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
588             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
589
590         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
591         if (ttValue != VALUE_NONE)
592             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
593                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
594                 eval = ttValue;
595     }
596     else
597     {
598         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
599         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
600                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
601     }
602
603     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
604     // evaluation before and after the move.
605     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
606         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
607         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
608         && !pos.captured_piece_type()
609         &&  type_of(move) == NORMAL)
610     {
611         Square to = to_sq(move);
612         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
613     }
614
615     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
616     if (   !PvNode
617         &&  depth < 4 * ONE_PLY
618         && !inCheck
619         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
620         &&  ttMove == MOVE_NONE
621         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
622         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
623     {
624         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
625         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
626         if (v < rbeta)
627             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
628             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
629             return v;
630     }
631
632     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
633     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
634     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
635     if (   !PvNode
636         && !ss->skipNullMove
637         &&  depth < 4 * ONE_PLY
638         && !inCheck
639         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
640         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
641         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
642         return eval - FutilityMargins[depth][0];
643
644     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
645     if (   !PvNode
646         && !ss->skipNullMove
647         &&  depth > ONE_PLY
648         && !inCheck
649         &&  eval >= beta
650         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
651         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
652     {
653         ss->currentMove = MOVE_NULL;
654
655         // Null move dynamic reduction based on depth
656         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
657
658         // Null move dynamic reduction based on value
659         if (eval - PawnValueMg > beta)
660             R += ONE_PLY;
661
662         pos.do_null_move<true>(st);
663         (ss+1)->skipNullMove = true;
664         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
665                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
666         (ss+1)->skipNullMove = false;
667         pos.do_null_move<false>(st);
668
669         if (nullValue >= beta)
670         {
671             // Do not return unproven mate scores
672             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
673                 nullValue = beta;
674
675             if (depth < 6 * ONE_PLY)
676                 return nullValue;
677
678             // Do verification search at high depths
679             ss->skipNullMove = true;
680             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
681             ss->skipNullMove = false;
682
683             if (v >= beta)
684                 return nullValue;
685         }
686         else
687         {
688             // The null move failed low, which means that we may be faced with
689             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
690             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
691             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
692             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
693             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
694             threatMove = (ss+1)->currentMove;
695
696             if (   depth < 5 * ONE_PLY
697                 && (ss-1)->reduction
698                 && threatMove != MOVE_NONE
699                 && yields_to_threat(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
700                 return beta - 1;
701         }
702     }
703
704     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
705     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
706     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
707     // prune the previous move.
708     if (   !PvNode
709         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
710         && !inCheck
711         && !ss->skipNullMove
712         &&  excludedMove == MOVE_NONE
713         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
714     {
715         Value rbeta = beta + 200;
716         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
717
718         assert(rdepth >= ONE_PLY);
719         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
720         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
721
722         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
723         CheckInfo ci(pos);
724
725         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
726             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
727             {
728                 ss->currentMove = move;
729                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
730                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
731                 pos.undo_move(move);
732                 if (value >= rbeta)
733                     return value;
734             }
735     }
736
737     // Step 10. Internal iterative deepening
738     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
739         && ttMove == MOVE_NONE
740         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
741     {
742         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
743
744         ss->skipNullMove = true;
745         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
746         ss->skipNullMove = false;
747
748         tte = TT.probe(posKey);
749         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
750     }
751
752 split_point_start: // At split points actual search starts from here
753
754     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
755     CheckInfo ci(pos);
756     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
757     singularExtensionNode =   !RootNode
758                            && !SpNode
759                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
760                            &&  ttMove != MOVE_NONE
761                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
762                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
763                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
764
765     // Step 11. Loop through moves
766     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
767     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
768     {
769       assert(is_ok(move));
770
771       if (move == excludedMove)
772           continue;
773
774       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
775       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
776       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
777       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
778           continue;
779
780       if (SpNode)
781       {
782           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
783           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
784               continue;
785
786           moveCount = ++sp->moveCount;
787           sp->mutex.unlock();
788       }
789       else
790           moveCount++;
791
792       if (RootNode)
793       {
794           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
795
796           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 2000)
797               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
798                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
799                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
800       }
801
802       ext = DEPTH_ZERO;
803       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
804       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
805       dangerous =   givesCheck
806                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
807                  || type_of(move) == CASTLE
808                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
809                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
810                      && type_of(move) == NORMAL
811                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
812                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
813
814       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
815       if (PvNode && dangerous)
816           ext = ONE_PLY;
817
818       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
819           ext = ONE_PLY / 2;
820
821       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
822       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
823       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
824       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
825       // a margin then we extend ttMove.
826       if (    singularExtensionNode
827           &&  move == ttMove
828           && !ext
829           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
830           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
831       {
832           assert(ttValue != VALUE_NONE);
833
834           Value rBeta = ttValue - int(depth);
835           ss->excludedMove = move;
836           ss->skipNullMove = true;
837           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
838           ss->skipNullMove = false;
839           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
840
841           if (value < rBeta)
842               ext = rBeta >= beta ? ONE_PLY + ONE_PLY / 2 : ONE_PLY;
843       }
844
845       // Update current move (this must be done after singular extension search)
846       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
847
848       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
849       if (   !PvNode
850           && !captureOrPromotion
851           && !inCheck
852           && !dangerous
853           &&  move != ttMove
854           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
855                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
856       {
857           // Move count based pruning
858           if (   depth < 16 * ONE_PLY
859               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
860               && (!threatMove || !prevents_threat(pos, move, threatMove)))
861           {
862               if (SpNode)
863                   sp->mutex.lock();
864
865               continue;
866           }
867
868           // Value based pruning
869           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
870           // but fixing this made program slightly weaker.
871           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
872           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
873                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
874
875           if (futilityValue < beta)
876           {
877               if (SpNode)
878                   sp->mutex.lock();
879
880               continue;
881           }
882
883           // Prune moves with negative SEE at low depths
884           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
885               && pos.see_sign(move) < 0)
886           {
887               if (SpNode)
888                   sp->mutex.lock();
889
890               continue;
891           }
892       }
893
894       // Check for legality only before to do the move
895       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
896       {
897           moveCount--;
898           continue;
899       }
900
901       pvMove = PvNode ? moveCount == 1 : false;
902       ss->currentMove = move;
903       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
904           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
905
906       // Step 14. Make the move
907       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
908
909       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
910       // re-searched at full depth.
911       if (    depth > 3 * ONE_PLY
912           && !pvMove
913           && !captureOrPromotion
914           && !dangerous
915           &&  ss->killers[0] != move
916           &&  ss->killers[1] != move)
917       {
918           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
919           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
920           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
921
922           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
923
924           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
925           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
926       }
927       else
928           doFullDepthSearch = !pvMove;
929
930       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
931       if (doFullDepthSearch)
932       {
933           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
934           value = newDepth < ONE_PLY ?
935                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
936                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
938       }
939
940       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
941       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
942       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
943       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
944           value = newDepth < ONE_PLY ?
945                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
948       // Step 17. Undo move
949       pos.undo_move(move);
950
951       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
952
953       // Step 18. Check for new best move
954       if (SpNode)
955       {
956           sp->mutex.lock();
957           bestValue = sp->bestValue;
958           alpha = sp->alpha;
959       }
960
961       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
962       // was aborted because the user interrupted the search or because we
963       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
964       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
965       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
966           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
967
968       if (RootNode)
969       {
970           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
971
972           // PV move or new best move ?
973           if (pvMove || value > alpha)
974           {
975               rm.score = value;
976               rm.extract_pv_from_tt(pos);
977
978               // We record how often the best move has been changed in each
979               // iteration. This information is used for time management: When
980               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
981               if (!pvMove)
982                   BestMoveChanges++;
983           }
984           else
985               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
986               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
987               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
988               rm.score = -VALUE_INFINITE;
989       }
990
991       if (value > bestValue)
992       {
993           bestValue = value;
994           if (SpNode) sp->bestValue = value;
995
996           if (value > alpha)
997           {
998               bestMove = move;
999               if (SpNode) sp->bestMove = move;
1000
1001               if (PvNode && value < beta)
1002               {
1003                   alpha = value; // Update alpha here! Always alpha < beta
1004                   if (SpNode) sp->alpha = value;
1005               }
1006               else // Fail high
1007               {
1008                   if (SpNode) sp->cutoff = true;
1009                   break;
1010               }
1011           }
1012       }
1013
1014       // Step 19. Check for splitting the search
1015       if (   !SpNode
1016           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1017           &&  bestValue < beta
1018           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread))
1019       {
1020           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1021                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1022           if (bestValue >= beta)
1023               break;
1024       }
1025     }
1026
1027     if (SpNode)
1028         return bestValue;
1029
1030     // Step 20. Check for mate and stalemate
1031     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1032     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1033     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1034     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1035     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1036     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1037     if (!moveCount)
1038         return  excludedMove ? alpha
1039               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1040
1041     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1042     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1043     {
1044         assert(!playedMoveCount);
1045
1046         bestValue = alpha;
1047     }
1048
1049     if (bestValue >= beta) // Failed high
1050     {
1051         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1052                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1053
1054         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1055         {
1056             if (bestMove != ss->killers[0])
1057             {
1058                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1059                 ss->killers[0] = bestMove;
1060             }
1061
1062             // Increase history value of the cut-off move
1063             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1064             H.add(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1065
1066             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1067             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1068             {
1069                 Move m = movesSearched[i];
1070                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1071             }
1072         }
1073     }
1074     else // Failed low or PV search
1075         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1076                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1077                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1078
1079     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1080
1081     return bestValue;
1082   }
1083
1084
1085   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1086   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1087   // less than ONE_PLY).
1088
1089   template <NodeType NT, bool InCheck>
1090   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1091
1092     const bool PvNode = (NT == PV);
1093
1094     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1095     assert(InCheck == pos.in_check());
1096     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1097     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1098     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1099
1100     StateInfo st;
1101     const TTEntry* tte;
1102     Key posKey;
1103     Move ttMove, move, bestMove;
1104     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1105     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1106     Depth ttDepth;
1107
1108     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1109     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1110
1111     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1112     if (pos.is_draw<false, false>() || ss->ply > MAX_PLY)
1113         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1114
1115     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1116     // pruning, but only for move ordering.
1117     posKey = pos.key();
1118     tte = TT.probe(posKey);
1119     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1120     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1121
1122     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1123     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1124     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1125     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1126                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1127     if (   tte
1128         && tte->depth() >= ttDepth
1129         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1130         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1131             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1132                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1133     {
1134         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1135         return ttValue;
1136     }
1137
1138     // Evaluate the position statically
1139     if (InCheck)
1140     {
1141         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1142         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1143         enoughMaterial = false;
1144     }
1145     else
1146     {
1147         if (tte)
1148         {
1149             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE || Threads.size() > 1);
1150
1151             ss->staticEval = bestValue = tte->static_value();
1152             ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
1153
1154             if (ss->staticEval == VALUE_NONE || ss->evalMargin == VALUE_NONE) // Due to a race
1155                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1156         }
1157         else
1158             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1159
1160         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1161         if (bestValue >= beta)
1162         {
1163             if (!tte)
1164                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1165                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1166
1167             return bestValue;
1168         }
1169
1170         if (PvNode && bestValue > alpha)
1171             alpha = bestValue;
1172
1173         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1174         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1175     }
1176
1177     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1178     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1179     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1180     // be generated.
1181     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1182     CheckInfo ci(pos);
1183
1184     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1185     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1186     {
1187       assert(is_ok(move));
1188
1189       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1190
1191       // Futility pruning
1192       if (   !PvNode
1193           && !InCheck
1194           && !givesCheck
1195           &&  move != ttMove
1196           &&  enoughMaterial
1197           &&  type_of(move) != PROMOTION
1198           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1199       {
1200           futilityValue =  futilityBase
1201                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1202                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1203
1204           if (futilityValue < beta)
1205           {
1206               if (futilityValue > bestValue)
1207                   bestValue = futilityValue;
1208
1209               continue;
1210           }
1211
1212           // Prune moves with negative or equal SEE
1213           if (   futilityBase < beta
1214               && depth < DEPTH_ZERO
1215               && pos.see(move) <= 0)
1216               continue;
1217       }
1218
1219       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1220       evasionPrunable =   !PvNode
1221                        &&  InCheck
1222                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1223                        && !pos.is_capture(move)
1224                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1225
1226       // Don't search moves with negative SEE values
1227       if (   !PvNode
1228           && (!InCheck || evasionPrunable)
1229           &&  move != ttMove
1230           &&  type_of(move) != PROMOTION
1231           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1232           continue;
1233
1234       // Don't search useless checks
1235       if (   !PvNode
1236           && !InCheck
1237           &&  givesCheck
1238           &&  move != ttMove
1239           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1240           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1241           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1242           continue;
1243
1244       // Check for legality only before to do the move
1245       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1246           continue;
1247
1248       ss->currentMove = move;
1249
1250       // Make and search the move
1251       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1252       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1253                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1254       pos.undo_move(move);
1255
1256       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1257
1258       // Check for new best move
1259       if (value > bestValue)
1260       {
1261           bestValue = value;
1262
1263           if (value > alpha)
1264           {
1265               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1266               {
1267                   alpha = value;
1268                   bestMove = move;
1269               }
1270               else // Fail high
1271               {
1272                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1273                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1274
1275                   return value;
1276               }
1277           }
1278        }
1279     }
1280
1281     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1282     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1283     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1284         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1285
1286     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1287              PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1288              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1289
1290     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1291
1292     return bestValue;
1293   }
1294
1295
1296   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1297   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1298   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1299
1300   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1301
1302     assert(v != VALUE_NONE);
1303
1304     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1305           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1306   }
1307
1308
1309   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1310   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1311   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1312
1313   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1314
1315     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1316           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1317           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1318   }
1319
1320
1321   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1322
1323   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1324   {
1325     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1326     Square from = from_sq(move);
1327     Square to = to_sq(move);
1328     Color them = ~pos.side_to_move();
1329     Square ksq = pos.king_square(them);
1330     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1331     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1332     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1333     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1334     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1335
1336     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1337     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1338         return true;
1339
1340     // Queen contact check is very dangerous
1341     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1342         return true;
1343
1344     // Creating new double threats with checks is dangerous
1345     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1346     while (b)
1347     {
1348         // Note that here we generate illegal "double move"!
1349         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1350             return true;
1351     }
1352
1353     return false;
1354   }
1355
1356
1357   // yields_to_threat() tests whether the move at previous ply yields to the so
1358   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1359   // low). Here 'yields to' means that the move somehow made the threat possible
1360   // for instance if the moving piece is the same in both moves.
1361
1362   bool yields_to_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1363
1364     assert(is_ok(move));
1365     assert(is_ok(threat));
1366     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(threat))) == ~pos.side_to_move());
1367
1368     Square mfrom = from_sq(move);
1369     Square mto = to_sq(move);
1370     Square tfrom = from_sq(threat);
1371     Square tto = to_sq(threat);
1372
1373     // The piece is the same or threat's destination was vacated by the move
1374     if (mto == tfrom || tto == mfrom)
1375         return true;
1376
1377     // Threat moves through the vacated square
1378     if (between_bb(tfrom, tto) & mfrom)
1379       return true;
1380
1381     // Threat's destination is defended by the move's piece
1382     Bitboard matt = pos.attacks_from(pos.piece_on(mto), mto, pos.pieces() ^ tfrom);
1383     if (matt & tto)
1384         return true;
1385
1386     // Threat gives a discovered check through the move's checking piece
1387     if (matt & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1388     {
1389         assert(between_bb(mto, pos.king_square(pos.side_to_move())) & tfrom);
1390         return true;
1391     }
1392
1393     return false;
1394   }
1395
1396
1397   // prevents_threat() tests whether a move is able to defend against the so
1398   // called threat move (the best move returned from a null search that fails
1399   // low). In this case will not be pruned.
1400
1401   bool prevents_threat(const Position& pos, Move move, Move threat) {
1402
1403     assert(is_ok(move));
1404     assert(is_ok(threat));
1405     assert(!pos.is_capture_or_promotion(move));
1406     assert(!pos.is_passed_pawn_push(move));
1407
1408     Square mfrom = from_sq(move);
1409     Square mto = to_sq(move);
1410     Square tfrom = from_sq(threat);
1411     Square tto = to_sq(threat);
1412
1413     // Don't prune moves of the threatened piece
1414     if (mfrom == tto)
1415         return true;
1416
1417     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1418     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1419     if (    pos.is_capture(threat)
1420         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(tto)]
1421             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING))
1422     {
1423         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1424         Bitboard occ = pos.pieces() ^ mfrom ^ mto ^ tfrom;
1425         Piece piece = pos.piece_on(mfrom);
1426
1427         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1428         if (pos.attacks_from(piece, mto, occ) & tto)
1429             return true;
1430
1431         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1432         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1433                        | (attacks_bb<BISHOP>(tto, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1434
1435         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1436         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(tto))))
1437             return true;
1438     }
1439
1440     // Don't prune safe moves which block the threat path
1441     if ((between_bb(tfrom, tto) & mto) && pos.see_sign(move) >= 0)
1442         return true;
1443
1444     return false;
1445   }
1446
1447
1448   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1449   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1450
1451   Move Skill::pick_move() {
1452
1453     static RKISS rk;
1454
1455     // PRNG sequence should be not deterministic
1456     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1457         rk.rand<unsigned>();
1458
1459     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1460     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1461     int weakness = 120 - 2 * level;
1462     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1463     best = MOVE_NONE;
1464
1465     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1466     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1467     // then we choose the move with the resulting highest score.
1468     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1469     {
1470         int s = RootMoves[i].score;
1471
1472         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1473         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1474             break;
1475
1476         // This is our magic formula
1477         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1478               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1479
1480         if (s > max_s)
1481         {
1482             max_s = s;
1483             best = RootMoves[i].pv[0];
1484         }
1485     }
1486     return best;
1487   }
1488
1489
1490   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1491   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1492   // the previous search score.
1493
1494   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1495
1496     std::stringstream s;
1497     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1498     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1499     int selDepth = 0;
1500
1501     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1502         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1503             selDepth = Threads[i].maxPly;
1504
1505     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1506     {
1507         bool updated = (i <= PVIdx);
1508
1509         if (depth == 1 && !updated)
1510             continue;
1511
1512         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1513         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1514
1515         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1516             s << "\n";
1517
1518         s << "info depth " << d
1519           << " seldepth "  << selDepth
1520           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1521           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1522           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1523           << " time "      << elaspsed
1524           << " multipv "   << i + 1
1525           << " pv";
1526
1527         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1528             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1529     }
1530
1531     return s.str();
1532   }
1533
1534 } // namespace
1535
1536
1537 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1538 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1539 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1540 /// long PV to print that is important for position analysis.
1541
1542 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1543
1544   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1545   TTEntry* tte;
1546   int ply = 0;
1547   Move m = pv[0];
1548
1549   pv.clear();
1550
1551   do {
1552       pv.push_back(m);
1553
1554       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1555       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1556       tte = TT.probe(pos.key());
1557
1558   } while (   tte
1559            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1560            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1561            && ply < MAX_PLY
1562            && (!pos.is_draw<true, true>() || ply < 2));
1563
1564   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1565
1566   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1567 }
1568
1569
1570 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1571 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1572 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1573
1574 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1575
1576   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1577   TTEntry* tte;
1578   int ply = 0;
1579   Value v, m;
1580
1581   do {
1582       tte = TT.probe(pos.key());
1583
1584       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1585       {
1586           if (pos.in_check())
1587               v = m = VALUE_NONE;
1588           else
1589               v = evaluate(pos, m);
1590
1591           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
1592       }
1593
1594       assert(pos.move_is_legal(pv[ply]));
1595       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1596
1597   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1598
1599   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1600 }
1601
1602
1603 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1604
1605 void Thread::idle_loop() {
1606
1607   // Pointer 'sp_master', if non-NULL, points to the active SplitPoint
1608   // object for which the thread is the master.
1609   const SplitPoint* sp_master = splitPointsCnt ? curSplitPoint : NULL;
1610
1611   assert(!sp_master || (sp_master->master == this && is_searching));
1612
1613   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1614   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1615   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1616   {
1617       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1618       // instead of wasting CPU time polling for work.
1619       while (   do_sleep
1620              || do_exit
1621              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1622       {
1623           if (do_exit)
1624           {
1625               assert(!sp_master);
1626               return;
1627           }
1628
1629           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1630           mutex.lock();
1631
1632           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1633           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1634           {
1635               mutex.unlock();
1636               break;
1637           }
1638
1639           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1640           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1641           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1642           // had the chance to grab the lock.
1643           if (do_sleep || !is_searching)
1644               sleepCondition.wait(mutex);
1645
1646           mutex.unlock();
1647       }
1648
1649       // If this thread has been assigned work, launch a search
1650       if (is_searching)
1651       {
1652           assert(!do_sleep && !do_exit);
1653
1654           Threads.mutex.lock();
1655
1656           assert(is_searching);
1657           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1658
1659           Threads.mutex.unlock();
1660
1661           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1662           Position pos(*sp->pos, this);
1663
1664           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1665           (ss+1)->sp = sp;
1666
1667           sp->mutex.lock();
1668
1669           assert(sp->activePositions[idx] == NULL);
1670
1671           sp->activePositions[idx] = &pos;
1672
1673           if (sp->nodeType == Root)
1674               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1675           else if (sp->nodeType == PV)
1676               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1677           else if (sp->nodeType == NonPV)
1678               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1679           else
1680               assert(false);
1681
1682           assert(is_searching);
1683
1684           is_searching = false;
1685           sp->activePositions[idx] = NULL;
1686           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1687           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1688
1689           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1690           // case we are the last slave of the split point.
1691           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1692               &&  this != sp->master
1693               && !sp->slavesMask)
1694           {
1695               assert(!sp->master->is_searching);
1696               sp->master->wake_up();
1697           }
1698
1699           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1700           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1701           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1702           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1703           sp->mutex.unlock();
1704       }
1705   }
1706 }
1707
1708
1709 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1710 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1711 /// available time and so stop the search.
1712
1713 void check_time() {
1714
1715   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1716   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1717
1718   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1719   {
1720       lastInfoTime = Time::now();
1721       dbg_print();
1722   }
1723
1724   if (Limits.ponder)
1725       return;
1726
1727   if (Limits.nodes)
1728   {
1729       Threads.mutex.lock();
1730
1731       nodes = RootPos.nodes_searched();
1732
1733       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1734       // all the currently active slaves positions.
1735       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1736           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsCnt; j++)
1737           {
1738               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1739
1740               sp.mutex.lock();
1741
1742               nodes += sp.nodes;
1743               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1744               while (sm)
1745               {
1746                   Position* pos = sp.activePositions[pop_lsb(&sm)];
1747                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1748               }
1749
1750               sp.mutex.unlock();
1751           }
1752
1753       Threads.mutex.unlock();
1754   }
1755
1756   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1757   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1758                          && !Signals.failedLowAtRoot
1759                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1760
1761   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1762                    || stillAtFirstMove;
1763
1764   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1765       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1766       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1767       Signals.stop = true;
1768 }