Avoid locking/unlocking in a tight loop
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47   MovesVectPtr SetupMoves;
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 Hist;
91   Gains Gain;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
159   if (depth == ONE_PLY)
160       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165
166   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
167   {
168       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
169       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(ml.move());
171   }
172
173   return cnt;
174 }
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Use Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
236
237   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
238   // used to check for remaining available thinking time.
239   Threads.timer->msec =
240   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
241                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
242                                : 100;
243
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
270   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
271   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
272   // raise Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
277   }
278
279   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
280   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
281             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
282             << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
295     int depth, prevBestMoveChanges;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297     bool bestMoveNeverChanged = true;
298
299     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
300     depth = BestMoveChanges = 0;
301     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
302     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
303     TT.new_search();
304     Hist.clear();
305     Gain.clear();
306
307     PVSize = Options["MultiPV"];
308     Skill skill(Options["Skill Level"]);
309
310     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
311     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
312     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
313         PVSize = 4;
314
315     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
316
317     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
318     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
319     {
320         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
321         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
322         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
323             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
324
325         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
326         BestMoveChanges = 0;
327
328         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
329         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
330         {
331             // Set aspiration window default width
332             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
333             {
334                 delta = Value(16);
335                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
336                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
337             }
338             else
339             {
340                 alpha = -VALUE_INFINITE;
341                 beta  =  VALUE_INFINITE;
342             }
343
344             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
345             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
346             while (true)
347             {
348                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
349                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
350                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
351
352                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
353                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
354                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
355                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
356                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
357                 // the already searched PV lines are preserved.
358                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
359
360                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
361                 // entries have been overwritten during the search.
362                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
363                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
364
365                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
366                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
367                 // valid, although refers to previous iteration.
368                 if (Signals.stop)
369                     return;
370
371                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
372                 // research, otherwise exit the loop.
373                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
374                     break;
375
376                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
377                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
378                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
379
380                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
381                 {
382                     alpha = -VALUE_INFINITE;
383                     beta  =  VALUE_INFINITE;
384                 }
385                 else if (bestValue >= beta)
386                 {
387                     beta += delta;
388                     delta += delta / 2;
389                 }
390                 else
391                 {
392                     Signals.failedLowAtRoot = true;
393                     Signals.stopOnPonderhit = false;
394
395                     alpha -= delta;
396                     delta += delta / 2;
397                 }
398
399                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
400             }
401
402             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
403             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
404
405             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
406                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
407         }
408
409         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
410         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
411             skill.pick_move();
412
413         if (Options["Use Search Log"])
414         {
415             Log log(Options["Search Log Filename"]);
416             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
417                 << std::endl;
418         }
419
420         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
421         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
422             bestMoveNeverChanged = false;
423
424         // Do we have found a "mate in x"?
425         if (   Limits.mate
426             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
427             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
428             Signals.stop = true;
429
430         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
431         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
432         {
433             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
434
435             // Take in account some extra time if the best move has changed
436             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
437                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
438
439             // Stop search if most of available time is already consumed. We
440             // probably don't have enough time to search the first move at the
441             // next iteration anyway.
442             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
443                 stop = true;
444
445             bool recapture =   pos.is_capture(RootMoves[0].pv[0])
446                             && pos.captured_piece_type()
447                             && SetupMoves->size()
448                             && to_sq(SetupMoves->back()) == to_sq(RootMoves[0].pv[0]);
449
450             // Stop search early if one move seems to be much better than others
451             if (    depth >= 12
452                 && !stop
453                 &&  PVSize == 1
454                 && (   (bestMoveNeverChanged && recapture)
455                     || RootMoves.size() == 1
456                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
457             {
458                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
459                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
460                 (ss+1)->skipNullMove = true;
461                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
462                 (ss+1)->skipNullMove = false;
463                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
464
465                 if (v < rBeta)
466                     stop = true;
467             }
468
469             if (stop)
470             {
471                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
472                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
473                 if (Limits.ponder)
474                     Signals.stopOnPonderhit = true;
475                 else
476                     Signals.stop = true;
477             }
478         }
479     }
480   }
481
482
483   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
484   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
485   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
486   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
487   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
488   // here: This is taken care of after we return from the split point.
489
490   template <NodeType NT>
491   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
492
493     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
494     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
495     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
496
497     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
498     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
499     assert(depth > DEPTH_ZERO);
500
501     Move movesSearched[64];
502     StateInfo st;
503     const TTEntry *tte;
504     SplitPoint* splitPoint;
505     Key posKey;
506     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
507     Depth ext, newDepth;
508     Value bestValue, value, ttValue;
509     Value eval, nullValue, futilityValue;
510     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
511     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
512     int moveCount, playedMoveCount;
513
514     // Step 1. Initialize node
515     Thread* thisThread = pos.this_thread();
516     moveCount = playedMoveCount = 0;
517     inCheck = pos.checkers();
518
519     if (SpNode)
520     {
521         splitPoint = ss->splitPoint;
522         bestMove   = splitPoint->bestMove;
523         threatMove = splitPoint->threatMove;
524         bestValue  = splitPoint->bestValue;
525         tte = NULL;
526         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
527         ttValue = VALUE_NONE;
528
529         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
530
531         goto split_point_start;
532     }
533
534     bestValue = -VALUE_INFINITE;
535     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
536     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
537     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
538     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
539
540     // Used to send selDepth info to GUI
541     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
542         thisThread->maxPly = ss->ply;
543
544     if (!RootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (Signals.stop || pos.is_draw<false>() || ss->ply > MAX_PLY)
548             return DrawValue[pos.side_to_move()];
549
550         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
551         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
552         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
553         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
554         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
555         // in this case return a fail-high score.
556         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
557         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
558         if (alpha >= beta)
559             return alpha;
560     }
561
562     // Step 4. Transposition table lookup
563     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
564     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
565     excludedMove = ss->excludedMove;
566     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
567     tte = TT.probe(posKey);
568     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
569     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
570
571     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
572     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
573     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
574     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
575     if (   !RootNode
576         && tte
577         && tte->depth() >= depth
578         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
579         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
580             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
581                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
582     {
583         TT.refresh(tte);
584         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
585
586         if (    ttValue >= beta
587             &&  ttMove
588             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
589             &&  ttMove != ss->killers[0])
590         {
591             ss->killers[1] = ss->killers[0];
592             ss->killers[0] = ttMove;
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
598     if (inCheck)
599         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
600
601     else if (tte)
602     {
603         // Never assume anything on values stored in TT
604         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
605             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
606             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
607
608         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
609         if (ttValue != VALUE_NONE)
610             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
611                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
612                 eval = ttValue;
613     }
614     else
615     {
616         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
617         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
618                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
619     }
620
621     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
622     // evaluation before and after the move.
623     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
624         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
625         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
626         && !pos.captured_piece_type()
627         &&  type_of(move) == NORMAL)
628     {
629         Square to = to_sq(move);
630         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
631     }
632
633     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
634     if (   !PvNode
635         &&  depth < 4 * ONE_PLY
636         && !inCheck
637         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
638         &&  ttMove == MOVE_NONE
639         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
640         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
641     {
642         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
643         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
644         if (v < rbeta)
645             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
646             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
647             return v;
648     }
649
650     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
651     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
652     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
653     if (   !PvNode
654         && !ss->skipNullMove
655         &&  depth < 4 * ONE_PLY
656         && !inCheck
657         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
659         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660         return eval - FutilityMargins[depth][0];
661
662     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
663     if (   !PvNode
664         && !ss->skipNullMove
665         &&  depth > ONE_PLY
666         && !inCheck
667         &&  eval >= beta
668         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
669         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
670     {
671         ss->currentMove = MOVE_NULL;
672
673         // Null move dynamic reduction based on depth
674         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
675
676         // Null move dynamic reduction based on value
677         if (eval - PawnValueMg > beta)
678             R += ONE_PLY;
679
680         pos.do_null_move(st);
681         (ss+1)->skipNullMove = true;
682         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
683                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
684         (ss+1)->skipNullMove = false;
685         pos.undo_null_move();
686
687         if (nullValue >= beta)
688         {
689             // Do not return unproven mate scores
690             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
691                 nullValue = beta;
692
693             if (depth < 6 * ONE_PLY)
694                 return nullValue;
695
696             // Do verification search at high depths
697             ss->skipNullMove = true;
698             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
699             ss->skipNullMove = false;
700
701             if (v >= beta)
702                 return nullValue;
703         }
704         else
705         {
706             // The null move failed low, which means that we may be faced with
707             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
708             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
709             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
710             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
711             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
712             threatMove = (ss+1)->currentMove;
713
714             if (   depth < 5 * ONE_PLY
715                 && (ss-1)->reduction
716                 && threatMove != MOVE_NONE
717                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
718                 return beta - 1;
719         }
720     }
721
722     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
723     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
724     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
725     // prune the previous move.
726     if (   !PvNode
727         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
728         && !inCheck
729         && !ss->skipNullMove
730         &&  excludedMove == MOVE_NONE
731         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732     {
733         Value rbeta = beta + 200;
734         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
735
736         assert(rdepth >= ONE_PLY);
737         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
738         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
739
740         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
741         CheckInfo ci(pos);
742
743         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
744             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
745             {
746                 ss->currentMove = move;
747                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
748                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
749                 pos.undo_move(move);
750                 if (value >= rbeta)
751                     return value;
752             }
753     }
754
755     // Step 10. Internal iterative deepening
756     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
757         && ttMove == MOVE_NONE
758         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
759     {
760         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
761
762         ss->skipNullMove = true;
763         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
764         ss->skipNullMove = false;
765
766         tte = TT.probe(posKey);
767         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
768     }
769
770 split_point_start: // At split points actual search starts from here
771
772     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
773     CheckInfo ci(pos);
774     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
775     singularExtensionNode =   !RootNode
776                            && !SpNode
777                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
778                            &&  ttMove != MOVE_NONE
779                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
780                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
781                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
782
783     // Step 11. Loop through moves
784     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
785     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
786     {
787       assert(is_ok(move));
788
789       if (move == excludedMove)
790           continue;
791
792       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
793       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
794       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
795       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
796           continue;
797
798       if (SpNode)
799       {
800           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
801           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
802               continue;
803
804           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
805           splitPoint->mutex.unlock();
806       }
807       else
808           moveCount++;
809
810       if (RootNode)
811       {
812           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
813
814           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
815               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
816                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
817                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
818       }
819
820       ext = DEPTH_ZERO;
821       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
822       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
823       dangerous =   givesCheck
824                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
825                  || type_of(move) == CASTLE
826                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
827                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
828                      && type_of(move) == NORMAL
829                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
830                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
831
832       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
833       if (PvNode && dangerous)
834           ext = ONE_PLY;
835
836       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
837           ext = ONE_PLY / 2;
838
839       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
840       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
841       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
842       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
843       // a margin then we extend ttMove.
844       if (    singularExtensionNode
845           &&  move == ttMove
846           && !ext
847           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
848           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
849       {
850           assert(ttValue != VALUE_NONE);
851
852           Value rBeta = ttValue - int(depth);
853           ss->excludedMove = move;
854           ss->skipNullMove = true;
855           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
856           ss->skipNullMove = false;
857           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
858
859           if (value < rBeta)
860               ext = ONE_PLY;
861       }
862
863       // Update current move (this must be done after singular extension search)
864       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
865
866       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
867       if (   !captureOrPromotion
868           && !inCheck
869           && !dangerous
870           &&  move != ttMove)
871       {
872           // Move count based pruning
873           if (   !PvNode
874               && depth < 16 * ONE_PLY
875               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
876               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
877           {
878               if (SpNode)
879                   splitPoint->mutex.lock();
880
881               continue;
882           }
883
884           // Value based pruning
885           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
886           // but fixing this made program slightly weaker.
887           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
888           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
889                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
890
891           if (!PvNode && futilityValue < beta)
892           {
893               if (SpNode)
894                   splitPoint->mutex.lock();
895
896               continue;
897           }
898
899           // Prune moves with negative SEE at low depths
900           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
901               && pos.see_sign(move) < 0)
902           {
903               if (SpNode)
904                   splitPoint->mutex.lock();
905
906               continue;
907           }
908       }
909
910       // Check for legality only before to do the move
911       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
912       {
913           moveCount--;
914           continue;
915       }
916
917       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
918       ss->currentMove = move;
919       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
920           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
921
922       // Step 14. Make the move
923       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
924
925       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
926       // re-searched at full depth.
927       if (    depth > 3 * ONE_PLY
928           && !pvMove
929           && !captureOrPromotion
930           && !dangerous
931           &&  move != ttMove
932           &&  move != ss->killers[0]
933           &&  move != ss->killers[1])
934       {
935           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
936           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
937           if (SpNode)
938               alpha = splitPoint->alpha;
939
940           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
941
942           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
943           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
944       }
945       else
946           doFullDepthSearch = !pvMove;
947
948       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
949       if (doFullDepthSearch)
950       {
951           if (SpNode)
952               alpha = splitPoint->alpha;
953
954           value = newDepth < ONE_PLY ?
955                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
958       }
959
960       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
961       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
962       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
963       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
964           value = newDepth < ONE_PLY ?
965                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
966                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
967                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
968       // Step 17. Undo move
969       pos.undo_move(move);
970
971       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
972
973       // Step 18. Check for new best move
974       if (SpNode)
975       {
976           splitPoint->mutex.lock();
977           bestValue = splitPoint->bestValue;
978           alpha = splitPoint->alpha;
979       }
980
981       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
982       // was aborted because the user interrupted the search or because we
983       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
984       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
985       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
986           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
987
988       if (RootNode)
989       {
990           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
991
992           // PV move or new best move ?
993           if (pvMove || value > alpha)
994           {
995               rm.score = value;
996               rm.extract_pv_from_tt(pos);
997
998               // We record how often the best move has been changed in each
999               // iteration. This information is used for time management: When
1000               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1001               if (!pvMove)
1002                   BestMoveChanges++;
1003           }
1004           else
1005               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1006               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1007               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1008               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1009       }
1010
1011       if (value > bestValue)
1012       {
1013           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1014
1015           if (value > alpha)
1016           {
1017               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1018
1019               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1020                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1021               else
1022               {
1023                   assert(value >= beta); // Fail high
1024
1025                   if (SpNode)
1026                       splitPoint->cutoff = true;
1027
1028                   break;
1029               }
1030           }
1031       }
1032
1033       // Step 19. Check for splitting the search
1034       if (   !SpNode
1035           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1036           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1037           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1038       {
1039           assert(bestValue < beta);
1040
1041           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1042                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1043           if (bestValue >= beta)
1044               break;
1045       }
1046     }
1047
1048     if (SpNode)
1049         return bestValue;
1050
1051     // Step 20. Check for mate and stalemate
1052     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1053     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1054     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1055     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1056     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1057     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1058     if (!moveCount)
1059         return  excludedMove ? alpha
1060               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1061
1062     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1063     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1064     {
1065         assert(!playedMoveCount);
1066
1067         bestValue = alpha;
1068     }
1069
1070     if (bestValue >= beta) // Failed high
1071     {
1072         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1073                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1074
1075         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1076         {
1077             if (bestMove != ss->killers[0])
1078             {
1079                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1080                 ss->killers[0] = bestMove;
1081             }
1082
1083             // Increase history value of the cut-off move
1084             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1085             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1086
1087             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1088             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1089             {
1090                 Move m = movesSearched[i];
1091                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1092             }
1093         }
1094     }
1095     else // Failed low or PV search
1096         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1097                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1098                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1099
1100     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1101
1102     return bestValue;
1103   }
1104
1105
1106   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1107   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1108   // less than ONE_PLY).
1109
1110   template <NodeType NT, bool InCheck>
1111   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1112
1113     const bool PvNode = (NT == PV);
1114
1115     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1116     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1117     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1118     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1119     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1120
1121     StateInfo st;
1122     const TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128
1129     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1130     if (PvNode)
1131         oldAlpha = alpha;
1132
1133     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1134     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1135
1136     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1137     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1138         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1139
1140     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1141     // pruning, but only for move ordering.
1142     posKey = pos.key();
1143     tte = TT.probe(posKey);
1144     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1145     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1146
1147     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152     if (   tte
1153         && tte->depth() >= ttDepth
1154         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1155         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1156             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1157                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1158     {
1159         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1160         return ttValue;
1161     }
1162
1163     // Evaluate the position statically
1164     if (InCheck)
1165     {
1166         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1167         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1168         enoughMaterial = false;
1169     }
1170     else
1171     {
1172         if (tte)
1173         {
1174             // Never assume anything on values stored in TT
1175             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1176                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1177                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1178         }
1179         else
1180             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1181
1182         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1183         if (bestValue >= beta)
1184         {
1185             if (!tte)
1186                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1187                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1188
1189             return bestValue;
1190         }
1191
1192         if (PvNode && bestValue > alpha)
1193             alpha = bestValue;
1194
1195         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1196         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1197     }
1198
1199     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1200     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1201     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1202     // be generated.
1203     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1204     CheckInfo ci(pos);
1205
1206     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1207     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1208     {
1209       assert(is_ok(move));
1210
1211       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1212
1213       // Futility pruning
1214       if (   !PvNode
1215           && !InCheck
1216           && !givesCheck
1217           &&  move != ttMove
1218           &&  enoughMaterial
1219           &&  type_of(move) != PROMOTION
1220           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1221       {
1222           futilityValue =  futilityBase
1223                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1224                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1225
1226           if (futilityValue < beta)
1227           {
1228               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1229               continue;
1230           }
1231
1232           // Prune moves with negative or equal SEE
1233           if (   futilityBase < beta
1234               && depth < DEPTH_ZERO
1235               && pos.see(move) <= 0)
1236           {
1237               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1238               continue;
1239           }
1240       }
1241
1242       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1243       evasionPrunable =   !PvNode
1244                        &&  InCheck
1245                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1246                        && !pos.is_capture(move)
1247                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1248
1249       // Don't search moves with negative SEE values
1250       if (   !PvNode
1251           && (!InCheck || evasionPrunable)
1252           &&  move != ttMove
1253           &&  type_of(move) != PROMOTION
1254           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1255           continue;
1256
1257       // Don't search useless checks
1258       if (   !PvNode
1259           && !InCheck
1260           &&  givesCheck
1261           &&  move != ttMove
1262           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1263           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1264           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1265           continue;
1266
1267       // Check for legality only before to do the move
1268       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1269           continue;
1270
1271       ss->currentMove = move;
1272
1273       // Make and search the move
1274       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1275       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1276                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1277       pos.undo_move(move);
1278
1279       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1280
1281       // Check for new best move
1282       if (value > bestValue)
1283       {
1284           bestValue = value;
1285
1286           if (value > alpha)
1287           {
1288               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1289               {
1290                   alpha = value;
1291                   bestMove = move;
1292               }
1293               else // Fail high
1294               {
1295                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1296                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1297
1298                   return value;
1299               }
1300           }
1301        }
1302     }
1303
1304     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1305     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1306     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1307         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1308
1309     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1310              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1311              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1312
1313     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1314
1315     return bestValue;
1316   }
1317
1318
1319   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1320   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1321   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1322
1323   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1324
1325     assert(v != VALUE_NONE);
1326
1327     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1333   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1334   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1335
1336   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1339           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1340           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1341   }
1342
1343
1344   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1345
1346   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1347   {
1348     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1349     Square from = from_sq(move);
1350     Square to = to_sq(move);
1351     Color them = ~pos.side_to_move();
1352     Square ksq = pos.king_square(them);
1353     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1354     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1355     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1356     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1357     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1358
1359     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1360     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1361         return true;
1362
1363     // Queen contact check is very dangerous
1364     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1365         return true;
1366
1367     // Creating new double threats with checks is dangerous
1368     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1369     while (b)
1370     {
1371         // Note that here we generate illegal "double move"!
1372         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1373             return true;
1374     }
1375
1376     return false;
1377   }
1378
1379
1380   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1381   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1382   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1383   // from a null search that fails low).
1384
1385   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1386
1387     assert(is_ok(first));
1388     assert(is_ok(second));
1389     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1390     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1391
1392     Square m1from = from_sq(first);
1393     Square m2from = from_sq(second);
1394     Square m1to = to_sq(first);
1395     Square m2to = to_sq(second);
1396
1397     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1398     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1399         return true;
1400
1401     // Second one moves through the square vacated by first one
1402     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1403       return true;
1404
1405     // Second's destination is defended by the first move's piece
1406     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1407     if (m1att & m2to)
1408         return true;
1409
1410     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1411     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1412     {
1413         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1414         return true;
1415     }
1416
1417     return false;
1418   }
1419
1420
1421   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1422   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1423   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1424
1425   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1426
1427     assert(is_ok(first));
1428     assert(is_ok(second));
1429
1430     Square m1from = from_sq(first);
1431     Square m2from = from_sq(second);
1432     Square m1to = to_sq(first);
1433     Square m2to = to_sq(second);
1434
1435     // Don't prune moves of the threatened piece
1436     if (m1from == m2to)
1437         return true;
1438
1439     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1440     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1441     if (    pos.is_capture(second)
1442         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1443             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1444     {
1445         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1446         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1447         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1448
1449         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1450         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1451             return true;
1452
1453         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1454         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1455                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1456
1457         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1458         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1459             return true;
1460     }
1461
1462     // Don't prune safe moves which block the threat path
1463     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1464         return true;
1465
1466     return false;
1467   }
1468
1469
1470   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1471   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1472
1473   Move Skill::pick_move() {
1474
1475     static RKISS rk;
1476
1477     // PRNG sequence should be not deterministic
1478     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1479         rk.rand<unsigned>();
1480
1481     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1482     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1483     int weakness = 120 - 2 * level;
1484     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1485     best = MOVE_NONE;
1486
1487     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1488     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1489     // then we choose the move with the resulting highest score.
1490     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1491     {
1492         int s = RootMoves[i].score;
1493
1494         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1495         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1496             break;
1497
1498         // This is our magic formula
1499         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1500               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1501
1502         if (s > max_s)
1503         {
1504             max_s = s;
1505             best = RootMoves[i].pv[0];
1506         }
1507     }
1508     return best;
1509   }
1510
1511
1512   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1513   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1514   // the previous search score.
1515
1516   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1517
1518     std::stringstream s;
1519     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1520     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1521     int selDepth = 0;
1522
1523     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1524         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1525             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1526
1527     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1528     {
1529         bool updated = (i <= PVIdx);
1530
1531         if (depth == 1 && !updated)
1532             continue;
1533
1534         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1535         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1536
1537         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1538             s << "\n";
1539
1540         s << "info depth " << d
1541           << " seldepth "  << selDepth
1542           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1543           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1544           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1545           << " time "      << elaspsed
1546           << " multipv "   << i + 1
1547           << " pv";
1548
1549         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1550             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1551     }
1552
1553     return s.str();
1554   }
1555
1556 } // namespace
1557
1558
1559 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1560 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1561 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1562 /// long PV to print that is important for position analysis.
1563
1564 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1565
1566   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1567   TTEntry* tte;
1568   int ply = 0;
1569   Move m = pv[0];
1570
1571   pv.clear();
1572
1573   do {
1574       pv.push_back(m);
1575
1576       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1577
1578       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1579       tte = TT.probe(pos.key());
1580
1581   } while (   tte
1582            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1583            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1584            && ply < MAX_PLY
1585            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1586
1587   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1588
1589   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1594 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1595 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1596
1597 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1598
1599   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1600   TTEntry* tte;
1601   int ply = 0;
1602
1603   do {
1604       tte = TT.probe(pos.key());
1605
1606       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1607           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1608
1609       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1610
1611       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1612
1613   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1614
1615   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1616 }
1617
1618
1619 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1620
1621 void Thread::idle_loop() {
1622
1623   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1624   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1625   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1626
1627   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1628
1629   while (true)
1630   {
1631       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1632       // wasting CPU time polling for work.
1633       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1634       {
1635           if (exit)
1636           {
1637               assert(!this_sp);
1638               return;
1639           }
1640
1641           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1642           mutex.lock();
1643
1644           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1645           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1646           {
1647               mutex.unlock();
1648               break;
1649           }
1650
1651           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1652           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1653           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1654           // we had the chance to grab the lock.
1655           if (!searching && !exit)
1656               sleepCondition.wait(mutex);
1657
1658           mutex.unlock();
1659       }
1660
1661       // If this thread has been assigned work, launch a search
1662       if (searching)
1663       {
1664           assert(!exit);
1665
1666           Threads.mutex.lock();
1667
1668           assert(searching);
1669           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1670
1671           Threads.mutex.unlock();
1672
1673           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1674           Position pos(*sp->pos, this);
1675
1676           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1677           (ss+1)->splitPoint = sp;
1678
1679           sp->mutex.lock();
1680
1681           assert(activePosition == NULL);
1682
1683           activePosition = &pos;
1684
1685           switch (sp->nodeType) {
1686           case Root:
1687               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1688               break;
1689           case PV:
1690               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1691               break;
1692           case NonPV:
1693               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1694               break;
1695           default:
1696               assert(false);
1697           }
1698
1699           assert(searching);
1700
1701           searching = false;
1702           activePosition = NULL;
1703           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1704           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1705
1706           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1707           // in case we are the last slave of the split point.
1708           if (    Threads.sleepWhileIdle
1709               &&  this != sp->masterThread
1710               && !sp->slavesMask)
1711           {
1712               assert(!sp->masterThread->searching);
1713               sp->masterThread->notify_one();
1714           }
1715
1716           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1717           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1718           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1719           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1720           sp->mutex.unlock();
1721       }
1722
1723       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1724       // their work at this split point, return from the idle loop.
1725       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1726       {
1727           this_sp->mutex.lock();
1728           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1729           this_sp->mutex.unlock();
1730           if (finished)
1731               return;
1732       }
1733   }
1734 }
1735
1736
1737 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1738 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1739 /// available time and so stop the search.
1740
1741 void check_time() {
1742
1743   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1744   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1745
1746   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1747   {
1748       lastInfoTime = Time::now();
1749       dbg_print();
1750   }
1751
1752   if (Limits.ponder)
1753       return;
1754
1755   if (Limits.nodes)
1756   {
1757       Threads.mutex.lock();
1758
1759       nodes = RootPos.nodes_searched();
1760
1761       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1762       // all the currently active positions nodes.
1763       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1764           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1765           {
1766               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1767
1768               sp.mutex.lock();
1769
1770               nodes += sp.nodes;
1771               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1772               while (sm)
1773               {
1774                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1775                   if (pos)
1776                       nodes += pos->nodes_searched();
1777               }
1778
1779               sp.mutex.unlock();
1780           }
1781
1782       Threads.mutex.unlock();
1783   }
1784
1785   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1786   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1787                          && !Signals.failedLowAtRoot
1788                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1789
1790   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1791                    || stillAtFirstMove;
1792
1793   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1794       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1795       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1796       Signals.stop = true;
1797 }