Rewrite pv_info_xxx() signatures
[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 <iomanip>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "history.h"
31 #include "movegen.h"
32 #include "movepick.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 RootPosition;
45   Time SearchTime;
46 }
47
48 using std::string;
49 using std::cout;
50 using std::endl;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 // For some reason argument-dependent lookup (ADL) doesn't work for Android's
55 // STLPort, so explicitly qualify following functions.
56 using std::count;
57 using std::find;
58
59 namespace {
60
61   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
62   const bool FakeSplit = false;
63
64   // Different node types, used as template parameter
65   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
66
67   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
68   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
69   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
70
71   // Maximum depth for razoring
72   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
73
74   // Dynamic razoring margin based on depth
75   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
76
77   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
78   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
79
80   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
81   const Depth IIDDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 5 * ONE_PLY };
82
83   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
84   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
85   const Value IIDMargin = Value(256);
86
87   // Minimum depth for use of singular extension
88   const Depth SingularExtensionDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 6 * ONE_PLY };
89
90   // Futility margin for quiescence search
91   const Value FutilityMarginQS = Value(128);
92
93   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
94   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
95   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
96
97   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
98
99     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
100                            : 2 * VALUE_INFINITE;
101   }
102
103   inline int futility_move_count(Depth d) {
104
105     return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCounts[d] : MAX_MOVES;
106   }
107
108   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
109   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
110
111   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
112
113     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
114   }
115
116   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much better
117   // than the second best move.
118   const Value EasyMoveMargin = Value(0x150);
119
120   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
121   const int TimerResolution = 5;
122
123
124   size_t MultiPV, UCIMultiPV, PVIdx;
125   TimeManager TimeMgr;
126   int BestMoveChanges;
127   int SkillLevel;
128   bool SkillLevelEnabled, Chess960;
129   History H;
130
131
132   template <NodeType NT>
133   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
134
135   template <NodeType NT>
136   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
137
138   void id_loop(Position& pos);
139   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
140   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
141   Value value_to_tt(Value v, int ply);
142   Value value_from_tt(Value v, int ply);
143   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value ttValue, Value beta);
144   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
145   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value ttValue, Value defaultEval);
146   Move do_skill_level();
147   string score_to_uci(Value v, Value alpha = -VALUE_INFINITE, Value beta = VALUE_INFINITE);
148   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value score, int time, Move pv[]);
149   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
150
151   // MovePickerExt class template extends MovePicker and allows to choose at
152   // compile time the proper moves source according to the type of node. In the
153   // default case we simply create and use a standard MovePicker object.
154   template<bool SpNode> struct MovePickerExt : public MovePicker {
155
156     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, Stack* ss, Value b)
157                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
158   };
159
160   // In case of a SpNode we use split point's shared MovePicker object as moves source
161   template<> struct MovePickerExt<true> : public MovePicker {
162
163     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, Stack* ss, Value b)
164                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
165
166     Move next_move() { return mp->next_move(); }
167     MovePicker* mp;
168   };
169
170   // is_dangerous() checks whether a move belongs to some classes of known
171   // 'dangerous' moves so that we avoid to prune it.
172   FORCE_INLINE bool is_dangerous(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion) {
173
174     // Castle move?
175     if (type_of(m) == CASTLE)
176         return true;
177
178     // Passed pawn move?
179     if (   type_of(pos.piece_moved(m)) == PAWN
180         && pos.pawn_is_passed(pos.side_to_move(), to_sq(m)))
181         return true;
182
183     // Entering a pawn endgame?
184     if (    captureOrPromotion
185         &&  type_of(pos.piece_on(to_sq(m))) != PAWN
186         &&  type_of(m) == NORMAL
187         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
188             - PieceValueMidgame[pos.piece_on(to_sq(m))] == VALUE_ZERO))
189         return true;
190
191     return false;
192   }
193
194 } // namespace
195
196
197 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
198
199 void Search::init() {
200
201   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
202   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
203   int mc; // moveCount
204
205   // Init reductions array
206   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
207   {
208       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
209       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
210       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
211       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
212   }
213
214   // Init futility margins array
215   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
216       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
217
218   // Init futility move count array
219   for (d = 0; d < 32; d++)
220       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
226
227 int64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   int64_t cnt = 0;
231
232   MoveList<LEGAL> ml(pos);
233
234   // At the last ply just return the number of moves (leaf nodes)
235   if (depth == ONE_PLY)
236       return ml.size();
237
238   CheckInfo ci(pos);
239   for ( ; !ml.end(); ++ml)
240   {
241       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
242       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
243       pos.undo_move(ml.move());
244   }
245   return cnt;
246 }
247
248
249 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
250 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
251 /// searches from RootPosition and at the end prints the "bestmove" to output.
252
253 void Search::think() {
254
255   static Book book; // Defined static to initialize the PRNG only once
256
257   Position& pos = RootPosition;
258   Chess960 = pos.is_chess960();
259   Eval::RootColor = pos.side_to_move();
260   TimeMgr.init(Limits, pos.startpos_ply_counter(), pos.side_to_move());
261   TT.new_search();
262   H.clear();
263
264   if (RootMoves.empty())
265   {
266       cout << "info depth 0 score "
267            << score_to_uci(pos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW) << endl;
268
269       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
270       goto finalize;
271   }
272
273   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite)
274   {
275       Move bookMove = book.probe(pos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
276
277       if (bookMove && count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
278       {
279           std::swap(RootMoves[0], *find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
280           goto finalize;
281       }
282   }
283
284   UCIMultiPV = Options["MultiPV"];
285   SkillLevel = Options["Skill Level"];
286
287   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
288   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
289   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
290   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? std::max(UCIMultiPV, (size_t)4) : UCIMultiPV);
291
292   if (Options["Use Search Log"])
293   {
294       Log log(Options["Search Log Filename"]);
295       log << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
296           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
297           << " ponder: "      << Limits.ponder
298           << " time: "        << Limits.time[pos.side_to_move()]
299           << " increment: "   << Limits.inc[pos.side_to_move()]
300           << " moves to go: " << Limits.movestogo
301           << endl;
302   }
303
304   Threads.wake_up();
305
306   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
307   // used to check for remaining available thinking time.
308   if (Limits.use_time_management())
309       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)));
310   else
311       Threads.set_timer(100);
312
313   // We're ready to start searching. Call the iterative deepening loop function
314   id_loop(pos);
315
316   Threads.set_timer(0); // Stop timer
317   Threads.sleep();
318
319   if (Options["Use Search Log"])
320   {
321       int e = SearchTime.elapsed();
322
323       Log log(Options["Search Log Filename"]);
324       log << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
325           << "\nNodes/second: " << (e > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / e : 0)
326           << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, RootMoves[0].pv[0]);
327
328       StateInfo st;
329       pos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
330       log << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, RootMoves[0].pv[1]) << endl;
331       pos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
332   }
333
334 finalize:
335
336   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
337   // but if we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best
338   // move before we are told to do so.
339   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
340       pos.this_thread()->wait_for_stop_or_ponderhit();
341
342   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
343   cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], Chess960)
344        << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], Chess960) << endl;
345 }
346
347
348 namespace {
349
350   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
351   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
352   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
353
354   void id_loop(Position& pos) {
355
356     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
357     int depth, prevBestMoveChanges;
358     Value bestValue, alpha, beta, delta;
359     bool bestMoveNeverChanged = true;
360     Move skillBest = MOVE_NONE;
361
362     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
363     depth = BestMoveChanges = 0;
364     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
365     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
366
367     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
368     while (!Signals.stop && ++depth <= MAX_PLY && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
369     {
370         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
371         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
372         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
373             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
374
375         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges;
376         BestMoveChanges = 0;
377
378         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
379         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(MultiPV, RootMoves.size()); PVIdx++)
380         {
381             // Set aspiration window default width
382             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
383             {
384                 delta = Value(16);
385                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
386                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
387             }
388             else
389             {
390                 alpha = -VALUE_INFINITE;
391                 beta  =  VALUE_INFINITE;
392             }
393
394             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
395             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
396             do {
397                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
398                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
399                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
400
401                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
402                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
403                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
404                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
405                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
406                 // the already searched PV lines are preserved.
407                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
408
409                 // In case we have found an exact score and we are going to leave
410                 // the fail high/low loop then reorder the PV moves, otherwise
411                 // leave the last PV move in its position so to be searched again.
412                 // Of course this is needed only in MultiPV search.
413                 if (PVIdx && bestValue > alpha && bestValue < beta)
414                     sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx);
415
416                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
417                 // entries have been overwritten during the search.
418                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
419                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
420
421                 // If search has been stopped exit the aspiration window loop.
422                 // Sorting and writing PV back to TT is safe becuase RootMoves
423                 // is still valid, although refers to previous iteration.
424                 if (Signals.stop)
425                     break;
426
427                 // Send full PV info to GUI if we are going to leave the loop or
428                 // if we have a fail high/low and we are deep in the search.
429                 if ((bestValue > alpha && bestValue < beta) || SearchTime.elapsed() > 2000)
430                     cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << endl;
431
432                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
433                 // research, otherwise exit the fail high/low loop.
434                 if (bestValue >= beta)
435                 {
436                     beta += delta;
437                     delta += delta / 2;
438                 }
439                 else if (bestValue <= alpha)
440                 {
441                     Signals.failedLowAtRoot = true;
442                     Signals.stopOnPonderhit = false;
443
444                     alpha -= delta;
445                     delta += delta / 2;
446                 }
447                 else
448                     break;
449
450                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
451
452             } while (abs(bestValue) < VALUE_KNOWN_WIN);
453         }
454
455         // Skills: Do we need to pick now the best move ?
456         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
457             skillBest = do_skill_level();
458
459         if (!Signals.stop && Options["Use Search Log"])
460         {
461             Log log(Options["Search Log Filename"]);
462             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, SearchTime.elapsed(), &RootMoves[0].pv[0])
463                 << endl;
464         }
465
466         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
467         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
468             bestMoveNeverChanged = false;
469
470         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
471         if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit && Limits.use_time_management())
472         {
473             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
474
475             // Take in account some extra time if the best move has changed
476             if (depth > 4 && depth < 50)
477                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
478
479             // Stop search if most of available time is already consumed. We
480             // probably don't have enough time to search the first move at the
481             // next iteration anyway.
482             if (SearchTime.elapsed() > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
483                 stop = true;
484
485             // Stop search early if one move seems to be much better than others
486             if (    depth >= 12
487                 && !stop
488                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
489                     || SearchTime.elapsed() > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
490             {
491                 Value rBeta = bestValue - EasyMoveMargin;
492                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
493                 (ss+1)->skipNullMove = true;
494                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
495                 (ss+1)->skipNullMove = false;
496                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
497
498                 if (v < rBeta)
499                     stop = true;
500             }
501
502             if (stop)
503             {
504                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
505                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
506                 if (Limits.ponder)
507                     Signals.stopOnPonderhit = true;
508                 else
509                     Signals.stop = true;
510             }
511         }
512     }
513
514     // When using skills swap best PV line with the sub-optimal one
515     if (SkillLevelEnabled)
516     {
517         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
518             skillBest = do_skill_level();
519
520         std::swap(RootMoves[0], *find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skillBest));
521     }
522   }
523
524
525   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
526   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
527   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
528   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
529   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
530   // here: This is taken care of after we return from the split point.
531
532   template <NodeType NT>
533   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
534
535     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
536     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
537     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
538
539     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
540     assert((alpha == beta - 1) || PvNode);
541     assert(depth > DEPTH_ZERO);
542
543     Move movesSearched[64];
544     StateInfo st;
545     const TTEntry *tte;
546     Key posKey;
547     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
548     Depth ext, newDepth;
549     Bound bt;
550     Value bestValue, value, oldAlpha, ttValue;
551     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValue;
552     bool isPvMove, inCheck, singularExtensionNode, givesCheck;
553     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
554     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
555     Thread* thisThread = pos.this_thread();
556     SplitPoint* sp = NULL;
557
558     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
559     oldAlpha = alpha;
560     inCheck = pos.in_check();
561     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
562
563     // Used to send selDepth info to GUI
564     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
565         thisThread->maxPly = ss->ply;
566
567     // Step 1. Initialize node
568     if (SpNode)
569     {
570         tte = NULL;
571         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
572         ttValue = VALUE_ZERO;
573         sp = ss->sp;
574         bestMove = sp->bestMove;
575         threatMove = sp->threatMove;
576         bestValue = sp->bestValue;
577         moveCount = sp->moveCount; // Lock must be held here
578
579         assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && moveCount > 0);
580
581         goto split_point_start;
582     }
583     else
584     {
585         ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
586         (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
587         (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
588
589     }
590
591     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
592     // Enforce node limit here. FIXME: This only works with 1 search thread.
593     if (Limits.nodes && pos.nodes_searched() >= Limits.nodes)
594         Signals.stop = true;
595
596     if ((   Signals.stop
597          || pos.is_draw<false>()
598          || ss->ply > MAX_PLY) && !RootNode)
599         return VALUE_DRAW;
600
601     // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
602     // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
603     // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
604     // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
605     // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
606     // in this case return a fail-high score.
607     if (!RootNode)
608     {
609         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
610         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
611         if (alpha >= beta)
612             return alpha;
613     }
614
615     // Step 4. Transposition table lookup
616     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
617     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
618     excludedMove = ss->excludedMove;
619     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
620     tte = TT.probe(posKey);
621     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
622     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_ZERO;
623
624     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
625     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
626     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
627     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
628     if (!RootNode && tte && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == BOUND_EXACT
629                                     : can_return_tt(tte, depth, ttValue, beta)))
630     {
631         TT.refresh(tte);
632         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
633
634         if (    ttValue >= beta
635             &&  ttMove
636             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
637             &&  ttMove != ss->killers[0])
638         {
639             ss->killers[1] = ss->killers[0];
640             ss->killers[0] = ttMove;
641         }
642         return ttValue;
643     }
644
645     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
646     if (inCheck)
647         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
648     else if (tte)
649     {
650         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
651
652         ss->eval = tte->static_value();
653         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
654         refinedValue = refine_eval(tte, ttValue, ss->eval);
655     }
656     else
657     {
658         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
659         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
660     }
661
662     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
663     // evaluation before and after the move.
664     if (    (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
665         &&  (ss-1)->eval != VALUE_NONE
666         &&  ss->eval != VALUE_NONE
667         && !pos.captured_piece_type()
668         &&  type_of(move) == NORMAL)
669     {
670         Square to = to_sq(move);
671         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->eval - ss->eval);
672     }
673
674     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
675     if (   !PvNode
676         &&  depth < RazorDepth
677         && !inCheck
678         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
679         &&  ttMove == MOVE_NONE
680         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
681         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
682     {
683         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
684         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
685         if (v < rbeta)
686             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
687             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
688             return v;
689     }
690
691     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
692     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
693     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
694     if (   !PvNode
695         && !ss->skipNullMove
696         &&  depth < RazorDepth
697         && !inCheck
698         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
699         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
700         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
701         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
702
703     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
704     if (   !PvNode
705         && !ss->skipNullMove
706         &&  depth > ONE_PLY
707         && !inCheck
708         &&  refinedValue >= beta
709         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
710         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
711     {
712         ss->currentMove = MOVE_NULL;
713
714         // Null move dynamic reduction based on depth
715         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
716
717         // Null move dynamic reduction based on value
718         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
719             R += ONE_PLY;
720
721         pos.do_null_move<true>(st);
722         (ss+1)->skipNullMove = true;
723         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
724                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
725         (ss+1)->skipNullMove = false;
726         pos.do_null_move<false>(st);
727
728         if (nullValue >= beta)
729         {
730             // Do not return unproven mate scores
731             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732                 nullValue = beta;
733
734             if (depth < 6 * ONE_PLY)
735                 return nullValue;
736
737             // Do verification search at high depths
738             ss->skipNullMove = true;
739             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
740             ss->skipNullMove = false;
741
742             if (v >= beta)
743                 return nullValue;
744         }
745         else
746         {
747             // The null move failed low, which means that we may be faced with
748             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
749             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
750             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
751             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
752             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
753             threatMove = (ss+1)->currentMove;
754
755             if (   depth < ThreatDepth
756                 && (ss-1)->reduction
757                 && threatMove != MOVE_NONE
758                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
759                 return beta - 1;
760         }
761     }
762
763     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
764     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
765     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
766     // prune the previous move.
767     if (   !PvNode
768         &&  depth >= RazorDepth + ONE_PLY
769         && !inCheck
770         && !ss->skipNullMove
771         &&  excludedMove == MOVE_NONE
772         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
773     {
774         Value rbeta = beta + 200;
775         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
776
777         assert(rdepth >= ONE_PLY);
778         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
779         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
780
781         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
782         CheckInfo ci(pos);
783
784         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
785             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
786             {
787                 ss->currentMove = move;
788                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
789                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
790                 pos.undo_move(move);
791                 if (value >= rbeta)
792                     return value;
793             }
794     }
795
796     // Step 10. Internal iterative deepening
797     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
798         && ttMove == MOVE_NONE
799         && (PvNode || (!inCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
800     {
801         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
802
803         ss->skipNullMove = true;
804         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
805         ss->skipNullMove = false;
806
807         tte = TT.probe(posKey);
808         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
809     }
810
811 split_point_start: // At split points actual search starts from here
812
813     MovePickerExt<SpNode> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
814     CheckInfo ci(pos);
815     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
816     singularExtensionNode =   !RootNode
817                            && !SpNode
818                            &&  depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
819                            &&  ttMove != MOVE_NONE
820                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
821                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
822                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
823
824     // Step 11. Loop through moves
825     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
826     while (    bestValue < beta
827            && (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
828            && !thisThread->cutoff_occurred()
829            && !Signals.stop)
830     {
831       assert(is_ok(move));
832
833       if (move == excludedMove)
834           continue;
835
836       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
837       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
838       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
839       if (RootNode && !count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
840           continue;
841
842       // At PV and SpNode nodes we want all moves to be legal since the beginning
843       if ((PvNode || SpNode) && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
844           continue;
845
846       if (SpNode)
847       {
848           moveCount = ++sp->moveCount;
849           lock_release(sp->lock);
850       }
851       else
852           moveCount++;
853
854       if (RootNode)
855       {
856           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
857
858           if (thisThread == Threads.main_thread() && SearchTime.elapsed() > 2000)
859               cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
860                    << " currmove " << move_to_uci(move, Chess960)
861                    << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << endl;
862       }
863
864       isPvMove = (PvNode && moveCount <= 1);
865       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
866       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
867       dangerous = givesCheck || is_dangerous(pos, move, captureOrPromotion);
868       ext = DEPTH_ZERO;
869
870       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
871       if (PvNode && dangerous)
872           ext = ONE_PLY;
873
874       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
875           ext = ONE_PLY / 2;
876
877       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
878       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
879       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
880       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
881       // a margin then we extend ttMove.
882       if (    singularExtensionNode
883           && !ext
884           &&  move == ttMove
885           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
886           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
887       {
888           Value rBeta = ttValue - int(depth);
889           ss->excludedMove = move;
890           ss->skipNullMove = true;
891           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
892           ss->skipNullMove = false;
893           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
894
895           if (value < rBeta)
896               ext = ONE_PLY;
897       }
898
899       // Update current move (this must be done after singular extension search)
900       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
901
902       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
903       if (   !PvNode
904           && !captureOrPromotion
905           && !inCheck
906           && !dangerous
907           &&  move != ttMove
908           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || bestValue == -VALUE_INFINITE))
909       {
910           // Move count based pruning
911           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
912               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove)))
913           {
914               if (SpNode)
915                   lock_grab(sp->lock);
916
917               continue;
918           }
919
920           // Value based pruning
921           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
922           // but fixing this made program slightly weaker.
923           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
924           futilityValue =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
925                          + H.gain(pos.piece_moved(move), to_sq(move));
926
927           if (futilityValue < beta)
928           {
929               if (SpNode)
930                   lock_grab(sp->lock);
931
932               continue;
933           }
934
935           // Prune moves with negative SEE at low depths
936           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
937               && pos.see_sign(move) < 0)
938           {
939               if (SpNode)
940                   lock_grab(sp->lock);
941
942               continue;
943           }
944       }
945
946       // Check for legality only before to do the move
947       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
948       {
949           moveCount--;
950           continue;
951       }
952
953       ss->currentMove = move;
954       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
955           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
956
957       // Step 14. Make the move
958       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
959
960       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
961       // re-searched at full depth.
962       if (    depth > 3 * ONE_PLY
963           && !isPvMove
964           && !captureOrPromotion
965           && !dangerous
966           &&  ss->killers[0] != move
967           &&  ss->killers[1] != move)
968       {
969           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
970           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
971           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
972
973           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
974
975           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
976           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
977       }
978       else
979           doFullDepthSearch = !isPvMove;
980
981       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
982       if (doFullDepthSearch)
983       {
984           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
985           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
986                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
987       }
988
989       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
990       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
991       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
992       if (PvNode && (isPvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
993           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
994                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
995
996       // Step 17. Undo move
997       pos.undo_move(move);
998
999       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1000
1001       // Step 18. Check for new best move
1002       if (SpNode)
1003       {
1004           lock_grab(sp->lock);
1005           bestValue = sp->bestValue;
1006           alpha = sp->alpha;
1007       }
1008
1009       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
1010       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1011       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1012       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1013       if (RootNode && !Signals.stop)
1014       {
1015           RootMove& rm = *find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1016
1017           // PV move or new best move ?
1018           if (isPvMove || value > alpha)
1019           {
1020               rm.score = value;
1021               rm.extract_pv_from_tt(pos);
1022
1023               // We record how often the best move has been changed in each
1024               // iteration. This information is used for time management: When
1025               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1026               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1027                   BestMoveChanges++;
1028           }
1029           else
1030               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1031               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1032               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1033               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1034
1035       }
1036
1037       if (value > bestValue)
1038       {
1039           bestValue = value;
1040           bestMove = move;
1041
1042           if (   PvNode
1043               && value > alpha
1044               && value < beta) // We want always alpha < beta
1045               alpha = value;
1046
1047           if (SpNode && !thisThread->cutoff_occurred())
1048           {
1049               sp->bestValue = value;
1050               sp->bestMove = move;
1051               sp->alpha = alpha;
1052
1053               if (value >= beta)
1054                   sp->cutoff = true;
1055           }
1056       }
1057
1058       // Step 19. Check for split
1059       if (   !SpNode
1060           &&  depth >= Threads.min_split_depth()
1061           &&  bestValue < beta
1062           &&  Threads.available_slave_exists(thisThread)
1063           && !Signals.stop
1064           && !thisThread->cutoff_occurred())
1065           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1066                                                depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1067     }
1068
1069     // Step 20. Check for mate and stalemate
1070     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1071     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1072     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1073     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1074     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1075     if (!moveCount)
1076         return excludedMove ? oldAlpha : inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1077
1078     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1079     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1080     {
1081         assert(!playedMoveCount);
1082
1083         bestValue = oldAlpha;
1084     }
1085
1086     // Step 21. Update tables
1087     // Update transposition table entry, killers and history
1088     if (!SpNode && !Signals.stop && !thisThread->cutoff_occurred())
1089     {
1090         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : bestMove;
1091         bt   = bestValue <= oldAlpha ? BOUND_UPPER
1092              : bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
1093
1094         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), bt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1095
1096         // Update killers and history for non capture cut-off moves
1097         if (    bestValue >= beta
1098             && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1099             && !inCheck)
1100         {
1101             if (move != ss->killers[0])
1102             {
1103                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1104                 ss->killers[0] = move;
1105             }
1106
1107             // Increase history value of the cut-off move
1108             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1109             H.add(pos.piece_moved(move), to_sq(move), bonus);
1110
1111             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1112             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1113             {
1114                 Move m = movesSearched[i];
1115                 H.add(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1116             }
1117         }
1118     }
1119
1120     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1121
1122     return bestValue;
1123   }
1124
1125
1126   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1127   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1128   // less than ONE_PLY).
1129
1130   template <NodeType NT>
1131   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1132
1133     const bool PvNode = (NT == PV);
1134
1135     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1136     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1137     assert((alpha == beta - 1) || PvNode);
1138     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1139
1140     StateInfo st;
1141     Move ttMove, move, bestMove;
1142     Value ttValue, bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1143     bool inCheck, enoughMaterial, givesCheck, evasionPrunable;
1144     const TTEntry* tte;
1145     Depth ttDepth;
1146     Bound bt;
1147     Value oldAlpha = alpha;
1148
1149     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1150     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1151
1152     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1153     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1154         return VALUE_DRAW;
1155
1156     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1157     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1158     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1159     inCheck = pos.in_check();
1160     ttDepth = (inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1161
1162     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1163     // pruning, but only for move ordering.
1164     tte = TT.probe(pos.key());
1165     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1166     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_ZERO;
1167
1168     if (!PvNode && tte && can_return_tt(tte, ttDepth, ttValue, beta))
1169     {
1170         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1171         return ttValue;
1172     }
1173
1174     // Evaluate the position statically
1175     if (inCheck)
1176     {
1177         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1178         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1179         enoughMaterial = false;
1180     }
1181     else
1182     {
1183         if (tte)
1184         {
1185             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1186
1187             evalMargin = tte->static_value_margin();
1188             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1189         }
1190         else
1191             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1192
1193         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1194         if (bestValue >= beta)
1195         {
1196             if (!tte)
1197                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1198
1199             return bestValue;
1200         }
1201
1202         if (PvNode && bestValue > alpha)
1203             alpha = bestValue;
1204
1205         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1206         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1207     }
1208
1209     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1210     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1211     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1212     // be generated.
1213     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, to_sq((ss-1)->currentMove));
1214     CheckInfo ci(pos);
1215
1216     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1217     while (   bestValue < beta
1218            && (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1219     {
1220       assert(is_ok(move));
1221
1222       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1223
1224       // Futility pruning
1225       if (   !PvNode
1226           && !inCheck
1227           && !givesCheck
1228           &&  move != ttMove
1229           &&  enoughMaterial
1230           &&  type_of(move) != PROMOTION
1231           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1232       {
1233           futilityValue =  futilityBase
1234                          + PieceValueEndgame[pos.piece_on(to_sq(move))]
1235                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1236
1237           if (futilityValue < beta)
1238           {
1239               if (futilityValue > bestValue)
1240                   bestValue = futilityValue;
1241
1242               continue;
1243           }
1244
1245           // Prune moves with negative or equal SEE
1246           if (   futilityBase < beta
1247               && depth < DEPTH_ZERO
1248               && pos.see(move) <= 0)
1249               continue;
1250       }
1251
1252       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1253       evasionPrunable =   !PvNode
1254                        &&  inCheck
1255                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1256                        && !pos.is_capture(move)
1257                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1258
1259       // Don't search moves with negative SEE values
1260       if (   !PvNode
1261           && (!inCheck || evasionPrunable)
1262           &&  move != ttMove
1263           &&  type_of(move) != PROMOTION
1264           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1265           continue;
1266
1267       // Don't search useless checks
1268       if (   !PvNode
1269           && !inCheck
1270           &&  givesCheck
1271           &&  move != ttMove
1272           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1273           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1274           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1275           continue;
1276
1277       // Check for legality only before to do the move
1278       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1279           continue;
1280
1281       ss->currentMove = move;
1282
1283       // Make and search the move
1284       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1285       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1286       pos.undo_move(move);
1287
1288       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1289
1290       // New best move?
1291       if (value > bestValue)
1292       {
1293           bestValue = value;
1294           bestMove = move;
1295
1296           if (   PvNode
1297               && value > alpha
1298               && value < beta) // We want always alpha < beta
1299               alpha = value;
1300        }
1301     }
1302
1303     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1304     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1305     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1306         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1307
1308     // Update transposition table
1309     move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : bestMove;
1310     bt   = bestValue <= oldAlpha ? BOUND_UPPER
1311          : bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
1312
1313     TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), bt, ttDepth, move, ss->eval, evalMargin);
1314
1315     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1316
1317     return bestValue;
1318   }
1319
1320
1321   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1322   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1323   // will be pruned.
1324
1325   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1326   {
1327     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1328     Square from, to, ksq;
1329     Piece pc;
1330     Color them;
1331
1332     from = from_sq(move);
1333     to = to_sq(move);
1334     them = ~pos.side_to_move();
1335     ksq = pos.king_square(them);
1336     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1337     pc = pos.piece_moved(move);
1338
1339     occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1340     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1341     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1342
1343     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1344     b = kingAtt & ~pos.pieces(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1345
1346     if (!more_than_one(b))
1347         return true;
1348
1349     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1350     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1351         return true;
1352
1353     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1354     b = pos.pieces(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1355     while (b)
1356     {
1357         // Note that here we generate illegal "double move"!
1358         if (futilityBase + PieceValueEndgame[pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1359             return true;
1360     }
1361
1362     return false;
1363   }
1364
1365
1366   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1367   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1368   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1369   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1370   // second move is assumed to be a move from the current position.
1371
1372   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1373
1374     Square f1, t1, f2, t2;
1375     Piece p1, p2;
1376     Square ksq;
1377
1378     assert(is_ok(m1));
1379     assert(is_ok(m2));
1380
1381     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1382     f2 = from_sq(m2);
1383     t1 = to_sq(m1);
1384     if (f2 == t1)
1385         return true;
1386
1387     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1388     t2 = to_sq(m2);
1389     f1 = from_sq(m1);
1390     if (t2 == f1)
1391         return true;
1392
1393     // Case 3: Moving through the vacated square
1394     p2 = pos.piece_on(f2);
1395     if (piece_is_slider(p2) && (between_bb(f2, t2) & f1))
1396       return true;
1397
1398     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1399     p1 = pos.piece_on(t1);
1400     if (pos.attacks_from(p1, t1) & t2)
1401         return true;
1402
1403     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1404     ksq = pos.king_square(pos.side_to_move());
1405     if (    piece_is_slider(p1)
1406         && (between_bb(t1, ksq) & f2)
1407         && (pos.attacks_from(p1, t1, pos.pieces() ^ f2) & ksq))
1408         return true;
1409
1410     return false;
1411   }
1412
1413
1414   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1415   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1416   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1417
1418   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1419
1420     if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
1421       return v + ply;
1422
1423     if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1424       return v - ply;
1425
1426     return v;
1427   }
1428
1429
1430   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1431   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1432   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1433
1434   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1435
1436     if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
1437       return v - ply;
1438
1439     if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1440       return v + ply;
1441
1442     return v;
1443   }
1444
1445
1446   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1447   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1448
1449   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1450
1451     assert(is_ok(m));
1452     assert(is_ok(threat));
1453     assert(!pos.is_capture_or_promotion(m));
1454     assert(!pos.is_passed_pawn_push(m));
1455
1456     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1457
1458     mfrom = from_sq(m);
1459     mto = to_sq(m);
1460     tfrom = from_sq(threat);
1461     tto = to_sq(threat);
1462
1463     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1464     if (mfrom == tto)
1465         return true;
1466
1467     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1468     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1469     if (   pos.is_capture(threat)
1470         && (   PieceValueMidgame[pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValueMidgame[pos.piece_on(tto)]
1471             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING)
1472         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1473         return true;
1474
1475     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1476     // prune safe moves which block its ray.
1477     if (    piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1478         && (between_bb(tfrom, tto) & mto)
1479         &&  pos.see_sign(m) >= 0)
1480         return true;
1481
1482     return false;
1483   }
1484
1485
1486   // can_return_tt() returns true if a transposition table score can be used to
1487   // cut-off at a given point in search.
1488
1489   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value v, Value beta) {
1490
1491     return   (   tte->depth() >= depth
1492               || v >= std::max(VALUE_MATE_IN_MAX_PLY, beta)
1493               || v < std::min(VALUE_MATED_IN_MAX_PLY, beta))
1494
1495           && (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && v >= beta)
1496               || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && v < beta));
1497   }
1498
1499
1500   // refine_eval() returns the transposition table score if possible, otherwise
1501   // falls back on static position evaluation.
1502
1503   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value v, Value defaultEval) {
1504
1505       assert(tte);
1506
1507       if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && v >= defaultEval)
1508           || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && v < defaultEval))
1509           return v;
1510
1511       return defaultEval;
1512   }
1513
1514
1515   // score_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1516   // protocol specifications:
1517   //
1518   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1519   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1520   //            use negative values for y.
1521
1522   string score_to_uci(Value v, Value alpha, Value beta) {
1523
1524     std::stringstream s;
1525
1526     if (abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
1527         s << "cp " << v * 100 / int(PawnValueMidgame);
1528     else
1529         s << "mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1530
1531     s << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1532
1533     return s.str();
1534   }
1535
1536
1537   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1538   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1539   // the previous search score.
1540
1541   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1542
1543     std::stringstream s;
1544     int t = SearchTime.elapsed();
1545     int selDepth = 0;
1546
1547     for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
1548         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1549             selDepth = Threads[i].maxPly;
1550
1551     for (size_t i = 0; i < std::min(UCIMultiPV, RootMoves.size()); i++)
1552     {
1553         bool updated = (i <= PVIdx);
1554
1555         if (depth == 1 && !updated)
1556             continue;
1557
1558         int d = (updated ? depth : depth - 1);
1559         Value v = (updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore);
1560
1561         if (s.rdbuf()->in_avail())
1562             s << "\n";
1563
1564         s << "info depth " << d
1565           << " seldepth " << selDepth
1566           << " score " << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1567           << " nodes " << pos.nodes_searched()
1568           << " nps " << (t > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / t : 0)
1569           << " time " << t
1570           << " multipv " << i + 1
1571           << " pv";
1572
1573         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1574             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], Chess960);
1575     }
1576
1577     return s.str();
1578   }
1579
1580
1581   // pretty_pv() formats human-readable search information, typically to be
1582   // appended to the search log file. It uses the two helpers below to pretty
1583   // format time and score respectively.
1584
1585   string time_to_string(int millisecs) {
1586
1587     const int MSecMinute = 1000 * 60;
1588     const int MSecHour   = 1000 * 60 * 60;
1589
1590     int hours = millisecs / MSecHour;
1591     int minutes =  (millisecs % MSecHour) / MSecMinute;
1592     int seconds = ((millisecs % MSecHour) % MSecMinute) / 1000;
1593
1594     std::stringstream s;
1595
1596     if (hours)
1597         s << hours << ':';
1598
1599     s << std::setfill('0') << std::setw(2) << minutes << ':'
1600                            << std::setw(2) << seconds;
1601     return s.str();
1602   }
1603
1604   string score_to_string(Value v) {
1605
1606     std::stringstream s;
1607
1608     if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
1609         s << "#" << (VALUE_MATE - v + 1) / 2;
1610
1611     else if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1612         s << "-#" << (VALUE_MATE + v) / 2;
1613
1614     else
1615         s << std::setprecision(2) << std::fixed << std::showpos
1616           << float(v) / PawnValueMidgame;
1617
1618     return s.str();
1619   }
1620
1621   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value value, int time, Move pv[]) {
1622
1623     const int64_t K = 1000;
1624     const int64_t M = 1000000;
1625
1626     StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1627     Move* m = pv;
1628     string san, padding;
1629     size_t length;
1630     std::stringstream s;
1631
1632     s << std::setw(2) << depth
1633       << std::setw(8) << score_to_string(value)
1634       << std::setw(8) << time_to_string(time);
1635
1636     if (pos.nodes_searched() < M)
1637         s << std::setw(8) << pos.nodes_searched() / 1 << "  ";
1638
1639     else if (pos.nodes_searched() < K * M)
1640         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / K << "K  ";
1641
1642     else
1643         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / M << "M  ";
1644
1645     padding = string(s.str().length(), ' ');
1646     length = padding.length();
1647
1648     while (*m != MOVE_NONE)
1649     {
1650         san = move_to_san(pos, *m);
1651
1652         if (length + san.length() > 80)
1653         {
1654             s << "\n" + padding;
1655             length = padding.length();
1656         }
1657
1658         s << san << ' ';
1659         length += san.length() + 1;
1660
1661         pos.do_move(*m++, *st++);
1662     }
1663
1664     while (m != pv)
1665         pos.undo_move(*--m);
1666
1667     return s.str();
1668   }
1669
1670
1671   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1672   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
1673
1674   Move do_skill_level() {
1675
1676     assert(MultiPV > 1);
1677
1678     static RKISS rk;
1679
1680     // PRNG sequence should be not deterministic
1681     for (int i = Time::current_time().msec() % 50; i > 0; i--)
1682         rk.rand<unsigned>();
1683
1684     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1685     size_t size = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
1686     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[size - 1].score, PawnValueMidgame);
1687     int weakness = 120 - 2 * SkillLevel;
1688     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1689     Move best = MOVE_NONE;
1690
1691     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1692     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1693     // then we choose the move with the resulting highest score.
1694     for (size_t i = 0; i < size; i++)
1695     {
1696         int s = RootMoves[i].score;
1697
1698         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1699         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + EasyMoveMargin)
1700             break;
1701
1702         // This is our magic formula
1703         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1704               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1705
1706         if (s > max_s)
1707         {
1708             max_s = s;
1709             best = RootMoves[i].pv[0];
1710         }
1711     }
1712     return best;
1713   }
1714
1715 } // namespace
1716
1717
1718 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1719 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1720 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1721 /// long PV to print that is important for position analysis.
1722
1723 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1724
1725   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1726   TTEntry* tte;
1727   int ply = 1;
1728   Move m = pv[0];
1729
1730   assert(m != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(m));
1731
1732   pv.clear();
1733   pv.push_back(m);
1734   pos.do_move(m, *st++);
1735
1736   while (   (tte = TT.probe(pos.key())) != NULL
1737          && (m = tte->move()) != MOVE_NONE // Local copy, TT entry could change
1738          && pos.is_pseudo_legal(m)
1739          && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1740          && ply < MAX_PLY
1741          && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2))
1742   {
1743       pv.push_back(m);
1744       pos.do_move(m, *st++);
1745       ply++;
1746   }
1747   pv.push_back(MOVE_NONE);
1748
1749   do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
1750 }
1751
1752
1753 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1754 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1755 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1756
1757 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1758
1759   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1760   TTEntry* tte;
1761   Key k;
1762   Value v, m = VALUE_NONE;
1763   int ply = 0;
1764
1765   assert(pv[ply] != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(pv[ply]));
1766
1767   do {
1768       k = pos.key();
1769       tte = TT.probe(k);
1770
1771       // Don't overwrite existing correct entries
1772       if (!tte || tte->move() != pv[ply])
1773       {
1774           v = (pos.in_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
1775           TT.store(k, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
1776       }
1777       pos.do_move(pv[ply], *st++);
1778
1779   } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
1780
1781   do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
1782 }
1783
1784
1785 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do.
1786 /// The parameter 'master_sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
1787 /// object for which the thread is the master.
1788
1789 void Thread::idle_loop(SplitPoint* sp_master) {
1790
1791   // If this thread is the master of a split point and all slaves have
1792   // finished their work at this split point, return from the idle loop.
1793   while (!sp_master || sp_master->slavesMask)
1794   {
1795       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
1796       // instead of wasting CPU time polling for work.
1797       while (   do_sleep
1798              || do_exit
1799              || (!is_searching && Threads.use_sleeping_threads()))
1800       {
1801           if (do_exit)
1802           {
1803               assert(!sp_master);
1804               return;
1805           }
1806
1807           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
1808           lock_grab(sleepLock);
1809
1810           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
1811           if (sp_master && !sp_master->slavesMask)
1812           {
1813               lock_release(sleepLock);
1814               break;
1815           }
1816
1817           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1818           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1819           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
1820           // had the chance to grab the lock.
1821           if (do_sleep || !is_searching)
1822               cond_wait(sleepCond, sleepLock);
1823
1824           lock_release(sleepLock);
1825       }
1826
1827       // If this thread has been assigned work, launch a search
1828       if (is_searching)
1829       {
1830           assert(!do_sleep && !do_exit);
1831
1832           lock_grab(Threads.splitLock);
1833
1834           assert(is_searching);
1835           SplitPoint* sp = curSplitPoint;
1836
1837           lock_release(Threads.splitLock);
1838
1839           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1840           Position pos(*sp->pos, this);
1841
1842           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1843           (ss+1)->sp = sp;
1844
1845           lock_grab(sp->lock);
1846
1847           if (sp->nodeType == Root)
1848               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1849           else if (sp->nodeType == PV)
1850               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1851           else if (sp->nodeType == NonPV)
1852               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1853           else
1854               assert(false);
1855
1856           assert(is_searching);
1857
1858           is_searching = false;
1859           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1860           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1861
1862           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
1863           // case we are the last slave of the split point.
1864           if (    Threads.use_sleeping_threads()
1865               &&  this != sp->master
1866               && !sp->master->is_searching)
1867               sp->master->wake_up();
1868
1869           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1870           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1871           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1872           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1873           lock_release(sp->lock);
1874       }
1875   }
1876 }
1877
1878
1879 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1880 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1881 /// available time and so stop the search.
1882
1883 void check_time() {
1884
1885   static Time lastInfoTime = Time::current_time();
1886
1887   if (lastInfoTime.elapsed() >= 1000)
1888   {
1889       lastInfoTime.restart();
1890       dbg_print();
1891   }
1892
1893   if (Limits.ponder)
1894       return;
1895
1896   int e = SearchTime.elapsed();
1897   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1898                          && !Signals.failedLowAtRoot
1899                          &&  e > TimeMgr.available_time();
1900
1901   bool noMoreTime =   e > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1902                    || stillAtFirstMove;
1903
1904   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1905       || (Limits.movetime && e >= Limits.movetime))
1906       Signals.stop = true;
1907 }