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