Unify History and Gains under a single Stats class
[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 "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
59   const int TimerResolution = 5;
60
61   // Different node types, used as template parameter
62   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
63
64   // Dynamic razoring margin based on depth
65   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
66
67   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
68   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
69   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
70
71   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
72
73     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
74                            : 2 * VALUE_INFINITE;
75   }
76
77   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
78   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
81
82     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
83   }
84
85   size_t PVSize, PVIdx;
86   TimeManager TimeMgr;
87   int BestMoveChanges;
88   Value DrawValue[COLOR_NB];
89   History Hist;
90   Gains Gain;
91
92   template <NodeType NT>
93   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   template <NodeType NT, bool InCheck>
96   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
97
98   void id_loop(Position& pos);
99   Value value_to_tt(Value v, int ply);
100   Value value_from_tt(Value v, int ply);
101   bool check_is_dangerous(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     Hist.clear();
304     Gain.clear();
305
306     PVSize = Options["MultiPV"];
307     Skill skill(Options["Skill Level"]);
308
309     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
310     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
311     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
312         PVSize = 4;
313
314     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
315
316     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
317     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
318     {
319         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
320         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
322             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
323
324         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
325         BestMoveChanges = 0;
326
327         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
328         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
329         {
330             // Set aspiration window default width
331             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
332             {
333                 delta = Value(16);
334                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
335                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
336             }
337             else
338             {
339                 alpha = -VALUE_INFINITE;
340                 beta  =  VALUE_INFINITE;
341             }
342
343             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
344             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
345             while (true)
346             {
347                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
348                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
349                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
350
351                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
352                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
353                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
354                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
355                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
356                 // the already searched PV lines are preserved.
357                 sort<RootMove>(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
358
359                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
360                 // entries have been overwritten during the search.
361                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
362                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
363
364                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
365                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
366                 // valid, although refers to previous iteration.
367                 if (Signals.stop)
368                     return;
369
370                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
371                 // research, otherwise exit the loop.
372                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
373                     break;
374
375                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
376                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
377                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378
379                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
380                 {
381                     alpha = -VALUE_INFINITE;
382                     beta  =  VALUE_INFINITE;
383                 }
384                 else if (bestValue >= beta)
385                 {
386                     beta += delta;
387                     delta += delta / 2;
388                 }
389                 else
390                 {
391                     Signals.failedLowAtRoot = true;
392                     Signals.stopOnPonderhit = false;
393
394                     alpha -= delta;
395                     delta += delta / 2;
396                 }
397
398                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
399             }
400
401             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
402             sort<RootMove>(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
403             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
404                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
405         }
406
407         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
408         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
409             skill.pick_move();
410
411         if (Options["Use Search Log"])
412         {
413             Log log(Options["Search Log Filename"]);
414             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
415                 << std::endl;
416         }
417
418         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
419         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
420             bestMoveNeverChanged = false;
421
422         // Do we have found a "mate in x"?
423         if (   Limits.mate
424             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426             Signals.stop = true;
427
428         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
429         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
430         {
431             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
432
433             // Take in account some extra time if the best move has changed
434             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
435                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
436
437             // Stop search if most of available time is already consumed. We
438             // probably don't have enough time to search the first move at the
439             // next iteration anyway.
440             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
441                 stop = true;
442
443             // Stop search early if one move seems to be much better than others
444             if (    depth >= 12
445                 && !stop
446                 &&  PVSize == 1
447                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
448                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
449             {
450                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
451                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
452                 (ss+1)->skipNullMove = true;
453                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
454                 (ss+1)->skipNullMove = false;
455                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
456
457                 if (v < rBeta)
458                     stop = true;
459             }
460
461             if (stop)
462             {
463                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
464                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
465                 if (Limits.ponder)
466                     Signals.stopOnPonderhit = true;
467                 else
468                     Signals.stop = true;
469             }
470         }
471     }
472   }
473
474
475   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
476   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
477   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
478   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
479   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
480   // here: This is taken care of after we return from the split point.
481
482   template <NodeType NT>
483   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
484
485     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
486     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
487     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
488
489     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
490     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
491     assert(depth > DEPTH_ZERO);
492
493     Move movesSearched[64];
494     StateInfo st;
495     const TTEntry *tte;
496     SplitPoint* sp;
497     Key posKey;
498     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
499     Depth ext, newDepth;
500     Value bestValue, value, ttValue;
501     Value eval, nullValue, futilityValue;
502     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
503     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
504     int moveCount, playedMoveCount;
505
506     // Step 1. Initialize node
507     Thread* thisThread = pos.this_thread();
508     moveCount = playedMoveCount = 0;
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<false>() || 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         Gain.update(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(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.undo_null_move();
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, return a fail
702             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
703             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
704             threatMove = (ss+1)->currentMove;
705
706             if (   depth < 5 * ONE_PLY
707                 && (ss-1)->reduction
708                 && threatMove != MOVE_NONE
709                 && allows_move(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
710                 return beta - 1;
711         }
712     }
713
714     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
715     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
716     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
717     // prune the previous move.
718     if (   !PvNode
719         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
720         && !inCheck
721         && !ss->skipNullMove
722         &&  excludedMove == MOVE_NONE
723         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
724     {
725         Value rbeta = beta + 200;
726         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
727
728         assert(rdepth >= ONE_PLY);
729         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
730         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
731
732         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
733         CheckInfo ci(pos);
734
735         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
736             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
737             {
738                 ss->currentMove = move;
739                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
740                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
741                 pos.undo_move(move);
742                 if (value >= rbeta)
743                     return value;
744             }
745     }
746
747     // Step 10. Internal iterative deepening
748     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
749         && ttMove == MOVE_NONE
750         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
751     {
752         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
753
754         ss->skipNullMove = true;
755         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
756         ss->skipNullMove = false;
757
758         tte = TT.probe(posKey);
759         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
760     }
761
762 split_point_start: // At split points actual search starts from here
763
764     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
765     CheckInfo ci(pos);
766     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
767     singularExtensionNode =   !RootNode
768                            && !SpNode
769                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
770                            &&  ttMove != MOVE_NONE
771                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
772                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
773                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
774
775     // Step 11. Loop through moves
776     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
777     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
778     {
779       assert(is_ok(move));
780
781       if (move == excludedMove)
782           continue;
783
784       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
785       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
786       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
787       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
788           continue;
789
790       if (SpNode)
791       {
792           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
793           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
794               continue;
795
796           moveCount = ++sp->moveCount;
797           sp->mutex.unlock();
798       }
799       else
800           moveCount++;
801
802       if (RootNode)
803       {
804           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
805
806           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
807               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
808                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
809                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
810       }
811
812       ext = DEPTH_ZERO;
813       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
814       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
815       dangerous =   givesCheck
816                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
817                  || type_of(move) == CASTLE
818                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
819                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
820                      && type_of(move) == NORMAL
821                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
822                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
823
824       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
825       if (PvNode && dangerous)
826           ext = ONE_PLY;
827
828       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
829           ext = ONE_PLY / 2;
830
831       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
832       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
833       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
834       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
835       // a margin then we extend ttMove.
836       if (    singularExtensionNode
837           &&  move == ttMove
838           && !ext
839           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
840           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
841       {
842           assert(ttValue != VALUE_NONE);
843
844           Value rBeta = ttValue - int(depth);
845           ss->excludedMove = move;
846           ss->skipNullMove = true;
847           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
848           ss->skipNullMove = false;
849           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
850
851           if (value < rBeta)
852               ext = ONE_PLY;
853       }
854
855       // Update current move (this must be done after singular extension search)
856       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
857
858       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
859       if (   !PvNode
860           && !captureOrPromotion
861           && !inCheck
862           && !dangerous
863           &&  move != ttMove
864           && (bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY || (   bestValue == -VALUE_INFINITE
865                                                      && alpha > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)))
866       {
867           // Move count based pruning
868           if (   depth < 16 * ONE_PLY
869               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
870               && (!threatMove || !prevents_move(pos, move, threatMove)))
871           {
872               if (SpNode)
873                   sp->mutex.lock();
874
875               continue;
876           }
877
878           // Value based pruning
879           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
880           // but fixing this made program slightly weaker.
881           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
882           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
883                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
884
885           if (futilityValue < beta)
886           {
887               if (SpNode)
888                   sp->mutex.lock();
889
890               continue;
891           }
892
893           // Prune moves with negative SEE at low depths
894           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
895               && pos.see_sign(move) < 0)
896           {
897               if (SpNode)
898                   sp->mutex.lock();
899
900               continue;
901           }
902       }
903
904       // Check for legality only before to do the move
905       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
906       {
907           moveCount--;
908           continue;
909       }
910
911       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
912       ss->currentMove = move;
913       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
914           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
915
916       // Step 14. Make the move
917       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
918
919       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
920       // re-searched at full depth.
921       if (    depth > 3 * ONE_PLY
922           && !pvMove
923           && !captureOrPromotion
924           && !dangerous
925           &&  ss->killers[0] != move
926           &&  ss->killers[1] != move)
927       {
928           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
929           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
930           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
931
932           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
933
934           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
935           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
936       }
937       else
938           doFullDepthSearch = !pvMove;
939
940       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
941       if (doFullDepthSearch)
942       {
943           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
944           value = newDepth < ONE_PLY ?
945                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
948       }
949
950       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
951       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
952       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
953       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
954           value = newDepth < ONE_PLY ?
955                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
958       // Step 17. Undo move
959       pos.undo_move(move);
960
961       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
962
963       // Step 18. Check for new best move
964       if (SpNode)
965       {
966           sp->mutex.lock();
967           bestValue = sp->bestValue;
968           alpha = sp->alpha;
969       }
970
971       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
972       // was aborted because the user interrupted the search or because we
973       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
974       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
975       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
976           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
977
978       if (RootNode)
979       {
980           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
981
982           // PV move or new best move ?
983           if (pvMove || value > alpha)
984           {
985               rm.score = value;
986               rm.extract_pv_from_tt(pos);
987
988               // We record how often the best move has been changed in each
989               // iteration. This information is used for time management: When
990               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
991               if (!pvMove)
992                   BestMoveChanges++;
993           }
994           else
995               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
996               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
997               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
998               rm.score = -VALUE_INFINITE;
999       }
1000
1001       if (value > bestValue)
1002       {
1003           bestValue = SpNode ? sp->bestValue = value : value;
1004
1005           if (value > alpha)
1006           {
1007               bestMove = SpNode ? sp->bestMove = move : move;
1008
1009               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1010                   alpha = SpNode ? sp->alpha = value : value;
1011               else
1012               {
1013                   assert(value >= beta); // Fail high
1014
1015                   if (SpNode)
1016                       sp->cutoff = true;
1017
1018                   break;
1019               }
1020           }
1021       }
1022
1023       // Step 19. Check for splitting the search
1024       if (   !SpNode
1025           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1026           &&  Threads.slave_available(thisThread)
1027           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1028       {
1029           assert(bestValue < beta);
1030
1031           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, &bestMove,
1032                                                depth, threatMove, moveCount, mp, NT);
1033           if (bestValue >= beta)
1034               break;
1035       }
1036     }
1037
1038     if (SpNode)
1039         return bestValue;
1040
1041     // Step 20. Check for mate and stalemate
1042     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1043     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1044     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1045     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1046     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1047     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1048     if (!moveCount)
1049         return  excludedMove ? alpha
1050               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1051
1052     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1053     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1054     {
1055         assert(!playedMoveCount);
1056
1057         bestValue = alpha;
1058     }
1059
1060     if (bestValue >= beta) // Failed high
1061     {
1062         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1063                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1064
1065         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1066         {
1067             if (bestMove != ss->killers[0])
1068             {
1069                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1070                 ss->killers[0] = bestMove;
1071             }
1072
1073             // Increase history value of the cut-off move
1074             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1075             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1076
1077             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1078             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1079             {
1080                 Move m = movesSearched[i];
1081                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1082             }
1083         }
1084     }
1085     else // Failed low or PV search
1086         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1087                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1088                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1089
1090     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1091
1092     return bestValue;
1093   }
1094
1095
1096   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1097   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1098   // less than ONE_PLY).
1099
1100   template <NodeType NT, bool InCheck>
1101   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1102
1103     const bool PvNode = (NT == PV);
1104
1105     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1106     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1107     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1108     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1109     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1110
1111     StateInfo st;
1112     const TTEntry* tte;
1113     Key posKey;
1114     Move ttMove, move, bestMove;
1115     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1116     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1117     Depth ttDepth;
1118
1119     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1120     if (PvNode)
1121         oldAlpha = alpha;
1122
1123     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1124     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1125
1126     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1127     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1128         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1129
1130     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1131     // pruning, but only for move ordering.
1132     posKey = pos.key();
1133     tte = TT.probe(posKey);
1134     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1135     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1136
1137     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1138     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1139     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1140     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1141                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1142     if (   tte
1143         && tte->depth() >= ttDepth
1144         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1145         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1146             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1147                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1148     {
1149         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1150         return ttValue;
1151     }
1152
1153     // Evaluate the position statically
1154     if (InCheck)
1155     {
1156         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1157         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1158         enoughMaterial = false;
1159     }
1160     else
1161     {
1162         if (tte)
1163         {
1164             // Never assume anything on values stored in TT
1165             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->static_value()) == VALUE_NONE
1166                 ||(ss->evalMargin = tte->static_value_margin()) == VALUE_NONE)
1167                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1168         }
1169         else
1170             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1171
1172         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1173         if (bestValue >= beta)
1174         {
1175             if (!tte)
1176                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1177                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1178
1179             return bestValue;
1180         }
1181
1182         if (PvNode && bestValue > alpha)
1183             alpha = bestValue;
1184
1185         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1186         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1187     }
1188
1189     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1190     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1191     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1192     // be generated.
1193     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1194     CheckInfo ci(pos);
1195
1196     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1197     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1198     {
1199       assert(is_ok(move));
1200
1201       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1202
1203       // Futility pruning
1204       if (   !PvNode
1205           && !InCheck
1206           && !givesCheck
1207           &&  move != ttMove
1208           &&  enoughMaterial
1209           &&  type_of(move) != PROMOTION
1210           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1211       {
1212           futilityValue =  futilityBase
1213                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1214                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1215
1216           if (futilityValue < beta)
1217           {
1218               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1219               continue;
1220           }
1221
1222           // Prune moves with negative or equal SEE
1223           if (   futilityBase < beta
1224               && depth < DEPTH_ZERO
1225               && pos.see(move) <= 0)
1226           {
1227               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1228               continue;
1229           }
1230       }
1231
1232       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1233       evasionPrunable =   !PvNode
1234                        &&  InCheck
1235                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1236                        && !pos.is_capture(move)
1237                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1238
1239       // Don't search moves with negative SEE values
1240       if (   !PvNode
1241           && (!InCheck || evasionPrunable)
1242           &&  move != ttMove
1243           &&  type_of(move) != PROMOTION
1244           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1245           continue;
1246
1247       // Don't search useless checks
1248       if (   !PvNode
1249           && !InCheck
1250           &&  givesCheck
1251           &&  move != ttMove
1252           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1253           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1254           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1255           continue;
1256
1257       // Check for legality only before to do the move
1258       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1259           continue;
1260
1261       ss->currentMove = move;
1262
1263       // Make and search the move
1264       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1265       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1266                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1267       pos.undo_move(move);
1268
1269       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1270
1271       // Check for new best move
1272       if (value > bestValue)
1273       {
1274           bestValue = value;
1275
1276           if (value > alpha)
1277           {
1278               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1279               {
1280                   alpha = value;
1281                   bestMove = move;
1282               }
1283               else // Fail high
1284               {
1285                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1286                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1287
1288                   return value;
1289               }
1290           }
1291        }
1292     }
1293
1294     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1295     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1296     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1297         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1298
1299     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1300              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1301              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1302
1303     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1304
1305     return bestValue;
1306   }
1307
1308
1309   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1310   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1311   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1312
1313   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1314
1315     assert(v != VALUE_NONE);
1316
1317     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1318           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1319   }
1320
1321
1322   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1323   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1324   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1325
1326   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1327
1328     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1329           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1330           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1331   }
1332
1333
1334   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1335
1336   bool check_is_dangerous(Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1337   {
1338     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1339     Square from = from_sq(move);
1340     Square to = to_sq(move);
1341     Color them = ~pos.side_to_move();
1342     Square ksq = pos.king_square(them);
1343     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1344     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1345     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1346     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1347     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1348
1349     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1350     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1351         return true;
1352
1353     // Queen contact check is very dangerous
1354     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1355         return true;
1356
1357     // Creating new double threats with checks is dangerous
1358     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1359     while (b)
1360     {
1361         // Note that here we generate illegal "double move"!
1362         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1363             return true;
1364     }
1365
1366     return false;
1367   }
1368
1369
1370   // allows_move() tests whether the move at previous ply (first) somehow makes a
1371   // second move possible, for instance if the moving piece is the same in both
1372   // moves. Normally the second move is the threat move (the best move returned
1373   // from a null search that fails low).
1374
1375   bool allows_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1376
1377     assert(is_ok(first));
1378     assert(is_ok(second));
1379     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1380     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1381
1382     Square m1from = from_sq(first);
1383     Square m2from = from_sq(second);
1384     Square m1to = to_sq(first);
1385     Square m2to = to_sq(second);
1386
1387     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1388     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1389         return true;
1390
1391     // Second one moves through the square vacated by first one
1392     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1393       return true;
1394
1395     // Second's destination is defended by the first move's piece
1396     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1397     if (m1att & m2to)
1398         return true;
1399
1400     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1401     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1402     {
1403         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1404         return true;
1405     }
1406
1407     return false;
1408   }
1409
1410
1411   // prevents_move() tests whether a move (first) is able to defend against an
1412   // opponent's move (second). In this case will not be pruned. Normally the
1413   // second move is the threat move (the best move returned from a null search
1414   // that fails low).
1415
1416   bool prevents_move(const Position& pos, Move first, Move second) {
1417
1418     assert(is_ok(first));
1419     assert(is_ok(second));
1420
1421     Square m1from = from_sq(first);
1422     Square m2from = from_sq(second);
1423     Square m1to = to_sq(first);
1424     Square m2to = to_sq(second);
1425
1426     // Don't prune moves of the threatened piece
1427     if (m1from == m2to)
1428         return true;
1429
1430     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1431     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1432     if (    pos.is_capture(second)
1433         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1434             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1435     {
1436         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1437         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1438         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1439
1440         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1441         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1442             return true;
1443
1444         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1445         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1446                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1447
1448         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1449         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1450             return true;
1451     }
1452
1453     // Don't prune safe moves which block the threat path
1454     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1455         return true;
1456
1457     return false;
1458   }
1459
1460
1461   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1462   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1463
1464   Move Skill::pick_move() {
1465
1466     static RKISS rk;
1467
1468     // PRNG sequence should be not deterministic
1469     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1470         rk.rand<unsigned>();
1471
1472     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1473     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1474     int weakness = 120 - 2 * level;
1475     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1476     best = MOVE_NONE;
1477
1478     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1479     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1480     // then we choose the move with the resulting highest score.
1481     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1482     {
1483         int s = RootMoves[i].score;
1484
1485         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1486         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1487             break;
1488
1489         // This is our magic formula
1490         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1491               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1492
1493         if (s > max_s)
1494         {
1495             max_s = s;
1496             best = RootMoves[i].pv[0];
1497         }
1498     }
1499     return best;
1500   }
1501
1502
1503   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1504   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1505   // the previous search score.
1506
1507   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1508
1509     std::stringstream s;
1510     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1511     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1512     int selDepth = 0;
1513
1514     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1515         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1516             selDepth = Threads[i].maxPly;
1517
1518     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1519     {
1520         bool updated = (i <= PVIdx);
1521
1522         if (depth == 1 && !updated)
1523             continue;
1524
1525         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1526         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1527
1528         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1529             s << "\n";
1530
1531         s << "info depth " << d
1532           << " seldepth "  << selDepth
1533           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1534           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1535           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1536           << " time "      << elaspsed
1537           << " multipv "   << i + 1
1538           << " pv";
1539
1540         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1541             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1542     }
1543
1544     return s.str();
1545   }
1546
1547 } // namespace
1548
1549
1550 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1551 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1552 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1553 /// long PV to print that is important for position analysis.
1554
1555 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1556
1557   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1558   TTEntry* tte;
1559   int ply = 0;
1560   Move m = pv[0];
1561
1562   pv.clear();
1563
1564   do {
1565       pv.push_back(m);
1566
1567       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1568
1569       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1570       tte = TT.probe(pos.key());
1571
1572   } while (   tte
1573            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1574            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1575            && ply < MAX_PLY
1576            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1577
1578   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1579
1580   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1581 }
1582
1583
1584 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1585 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1586 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1587
1588 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1589
1590   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1591   TTEntry* tte;
1592   int ply = 0;
1593
1594   do {
1595       tte = TT.probe(pos.key());
1596
1597       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1598           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1599
1600       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1601
1602       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1603
1604   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1605
1606   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1607 }
1608
1609
1610 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1611
1612 void Thread::idle_loop() {
1613
1614   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1615   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1616   const SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1617
1618   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1619
1620   // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1621   // their work at this split point, return from the idle loop.
1622   while (!this_sp || this_sp->slavesMask)
1623   {
1624       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1625       // wasting CPU time polling for work.
1626       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1627       {
1628           if (exit)
1629           {
1630               assert(!this_sp);
1631               return;
1632           }
1633
1634           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1635           mutex.lock();
1636
1637           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1638           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1639           {
1640               mutex.unlock();
1641               break;
1642           }
1643
1644           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1645           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1646           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1647           // we had the chance to grab the lock.
1648           if (!searching && !exit)
1649               sleepCondition.wait(mutex);
1650
1651           mutex.unlock();
1652       }
1653
1654       // If this thread has been assigned work, launch a search
1655       if (searching)
1656       {
1657           assert(!exit);
1658
1659           Threads.mutex.lock();
1660
1661           assert(searching);
1662           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1663
1664           Threads.mutex.unlock();
1665
1666           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1667           Position pos(*sp->pos, this);
1668
1669           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1670           (ss+1)->sp = sp;
1671
1672           sp->mutex.lock();
1673
1674           assert(sp->slavesPositions[idx] == NULL);
1675
1676           sp->slavesPositions[idx] = &pos;
1677
1678           switch (sp->nodeType) {
1679           case Root:
1680               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1681               break;
1682           case PV:
1683               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1684               break;
1685           case NonPV:
1686               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1687               break;
1688           default:
1689               assert(false);
1690           }
1691
1692           assert(searching);
1693
1694           searching = false;
1695           sp->slavesPositions[idx] = NULL;
1696           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1697           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1698
1699           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1700           // in case we are the last slave of the split point.
1701           if (    Threads.sleepWhileIdle
1702               &&  this != sp->master
1703               && !sp->slavesMask)
1704           {
1705               assert(!sp->master->searching);
1706               sp->master->notify_one();
1707           }
1708
1709           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1710           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1711           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1712           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1713           sp->mutex.unlock();
1714       }
1715   }
1716 }
1717
1718
1719 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1720 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1721 /// available time and so stop the search.
1722
1723 void check_time() {
1724
1725   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1726   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1727
1728   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1729   {
1730       lastInfoTime = Time::now();
1731       dbg_print();
1732   }
1733
1734   if (Limits.ponder)
1735       return;
1736
1737   if (Limits.nodes)
1738   {
1739       Threads.mutex.lock();
1740
1741       nodes = RootPos.nodes_searched();
1742
1743       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1744       // all the currently active slaves positions.
1745       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1746           for (int j = 0; j < Threads[i].splitPointsSize; j++)
1747           {
1748               SplitPoint& sp = Threads[i].splitPoints[j];
1749
1750               sp.mutex.lock();
1751
1752               nodes += sp.nodes;
1753               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1754               while (sm)
1755               {
1756                   Position* pos = sp.slavesPositions[pop_lsb(&sm)];
1757                   nodes += pos ? pos->nodes_searched() : 0;
1758               }
1759
1760               sp.mutex.unlock();
1761           }
1762
1763       Threads.mutex.unlock();
1764   }
1765
1766   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1767   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1768                          && !Signals.failedLowAtRoot
1769                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1770
1771   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1772                    || stillAtFirstMove;
1773
1774   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1775       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1776       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1777       Signals.stop = true;
1778 }