Fix a warning with Intel compiler
[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) 2008-2014 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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.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   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   // Different node types, used as template parameter
59   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
60
61   // Dynamic razoring margin based on depth
62   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
63
64   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
65   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
66
67   inline Value futility_margin(Depth d) {
68     return Value(100 * d);
69   }
70
71   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
72   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75
76     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   size_t MultiPV, PVIdx;
80   TimeManager TimeMgr;
81   double BestMoveChanges;
82   Value DrawValue[COLOR_NB];
83   HistoryStats History;
84   GainsStats Gains;
85   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
86
87   template <NodeType NT, bool SpNode>
88   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
89
90   template <NodeType NT, bool InCheck>
91   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
92
93   void id_loop(Position& pos);
94   Value value_to_tt(Value v, int ply);
95   Value value_from_tt(Value v, int ply);
96   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
97   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
98
99   struct Skill {
100     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
101    ~Skill() {
102       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
103           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
104                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
105     }
106
107     bool enabled() const { return level < 20; }
108     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
109     Move pick_move();
110
111     int level;
112     Move best;
113   };
114
115 } // namespace
116
117
118 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
119
120 void Search::init() {
121
122   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
123   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
124   int mc; // moveCount
125
126   // Init reductions array
127   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
128   {
129       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
130       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
131       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
132       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
133
134       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
135       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
136
137       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
139
140       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
142   }
143
144   // Init futility move count array
145   for (d = 0; d < 32; ++d)
146   {
147       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
148       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
149   }
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   uint64_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
173   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
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   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
185
186   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
201   {
202       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
203
204       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
205       {
206           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
207           goto finalize;
208       }
209   }
210
211   if (Options["Write Search Log"])
212   {
213       Log log(Options["Search Log Filename"]);
214       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
215           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
216           << " ponder: "      << Limits.ponder
217           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
218           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
219           << " moves to go: " << Limits.movestogo
220           << "\n" << std::endl;
221   }
222
223   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
224   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
225       Threads[i]->maxPly = 0;
226
227   Threads.timer->run = true;
228   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
229
230   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
231
232   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
233
234   if (Options["Write Search Log"])
235   {
236       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
237
238       Log log(Options["Search Log Filename"]);
239       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
240           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
241           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
242
243       StateInfo st;
244       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
245       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
246       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
247   }
248
249 finalize:
250
251   // When search is stopped this info is not printed
252   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
253             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
254
255   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
256   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
257   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
258   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
259   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
260   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
261   {
262       Signals.stopOnPonderhit = true;
263       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
264   }
265
266   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
267   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
268             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
269             << sync_endl;
270 }
271
272
273 namespace {
274
275   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
276   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
277   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
278
279   void id_loop(Position& pos) {
280
281     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
282     int depth;
283     Value bestValue, alpha, beta, delta;
284
285     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
286     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
287
288     depth = 0;
289     BestMoveChanges = 0;
290     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
291     beta = VALUE_INFINITE;
292
293     TT.new_search();
294     History.clear();
295     Gains.clear();
296     Countermoves.clear();
297     Followupmoves.clear();
298
299     MultiPV = Options["MultiPV"];
300     Skill skill(Options["Skill Level"]);
301
302     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
303     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
304     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
305         MultiPV = 4;
306
307     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
308
309     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
310     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
311     {
312         // Age out PV variability metric
313         BestMoveChanges *= 0.5;
314
315         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
316         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
317         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
318             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
319
320         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
321         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
322         {
323             // Reset aspiration window starting size
324             if (depth >= 5)
325             {
326                 delta = Value(16);
327                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
328                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
329             }
330
331             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
332             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
333             // high/low anymore.
334             while (true)
335             {
336                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
337
338                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
339                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
340                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
341                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
342                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
343                 // search the already searched PV lines are preserved.
344                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
345
346                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
347                 // entries have been overwritten during the search.
348                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
349                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
350
351                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
352                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
353                 // valid, although it refers to previous iteration.
354                 if (Signals.stop)
355                     break;
356
357                 // When failing high/low give some update (without cluttering
358                 // the UI) before a re-search.
359                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
360                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
361                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
362
363                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
364                 // re-search, otherwise exit the loop.
365                 if (bestValue <= alpha)
366                 {
367                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
368
369                     Signals.failedLowAtRoot = true;
370                     Signals.stopOnPonderhit = false;
371                 }
372                 else if (bestValue >= beta)
373                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
374
375                 else
376                     break;
377
378                 delta += delta / 2;
379
380                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
381             }
382
383             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
384             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
385
386             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
387                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
388         }
389
390         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
391         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
392             skill.pick_move();
393
394         if (Options["Write Search Log"])
395         {
396             RootMove& rm = RootMoves[0];
397             if (skill.best != MOVE_NONE)
398                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
399
400             Log log(Options["Search Log Filename"]);
401             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
402                 << std::endl;
403         }
404
405         // Have we found a "mate in x"?
406         if (   Limits.mate
407             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
408             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
409             Signals.stop = true;
410
411         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
412         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
413         {
414             // Take some extra time if the best move has changed
415             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
416                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
417
418             // Stop the search if only one legal move is available or all
419             // of the available time has been used.
420             if (   RootMoves.size() == 1
421                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
422             {
423                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
424                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
425                 if (Limits.ponder)
426                     Signals.stopOnPonderhit = true;
427                 else
428                     Signals.stop = true;
429             }
430         }
431     }
432   }
433
434
435   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
436   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
437   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
438   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
439   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
440   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
441
442   template <NodeType NT, bool SpNode>
443   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
444
445     const bool RootNode = NT == Root;
446     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
447
448     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
449     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
450     assert(depth > DEPTH_ZERO);
451
452     Move quietsSearched[64];
453     StateInfo st;
454     const TTEntry *tte;
455     SplitPoint* splitPoint;
456     Key posKey;
457     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
458     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
459     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
460     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
461     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
462     int moveCount, quietCount;
463
464     // Step 1. Initialize node
465     Thread* thisThread = pos.this_thread();
466     inCheck = pos.checkers();
467
468     if (SpNode)
469     {
470         splitPoint = ss->splitPoint;
471         bestMove   = splitPoint->bestMove;
472         bestValue  = splitPoint->bestValue;
473         tte = NULL;
474         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
475         ttValue = VALUE_NONE;
476
477         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
478
479         goto moves_loop;
480     }
481
482     moveCount = quietCount = 0;
483     bestValue = -VALUE_INFINITE;
484     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
485     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
486     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
487     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
488
489     // Used to send selDepth info to GUI
490     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
491         thisThread->maxPly = ss->ply;
492
493     if (!RootNode)
494     {
495         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
496         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
497             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
498
499         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
500         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
501         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
502         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
503         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
504         // mate. In this case return a fail-high score.
505         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
506         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
507         if (alpha >= beta)
508             return alpha;
509     }
510
511     // Step 4. Transposition table lookup
512     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
513     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
514     excludedMove = ss->excludedMove;
515     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
516     tte = TT.probe(posKey);
517     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
518     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
519
520     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
521     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
522     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
523     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
524     if (   !RootNode
525         && tte
526         && tte->depth() >= depth
527         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
528         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
529             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
530                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
531     {
532         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
533
534         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
535         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
536             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
537
538         return ttValue;
539     }
540
541     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
542     if (inCheck)
543     {
544         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
545         goto moves_loop;
546     }
547
548     else if (tte)
549     {
550         // Never assume anything on values stored in TT
551         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
552             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
553
554         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
555         if (ttValue != VALUE_NONE)
556             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
557                 eval = ttValue;
558     }
559     else
560     {
561         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
562         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
563     }
564
565     if (   !pos.captured_piece_type()
566         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
567         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
568         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
569         &&  type_of(move) == NORMAL)
570     {
571         Square to = to_sq(move);
572         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
573     }
574
575     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
576     if (   !PvNode
577         &&  depth < 4 * ONE_PLY
578         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
579         &&  ttMove == MOVE_NONE
580         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
581         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
582     {
583         if (   depth <= ONE_PLY
584             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
585             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
586
587         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
588         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
589         if (v <= ralpha)
590             return v;
591     }
592
593     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
594     if (   !PvNode
595         && !ss->skipNullMove
596         &&  depth < 7 * ONE_PLY
597         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
598         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
599         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
600         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
601         return eval - futility_margin(depth);
602
603     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
604     if (   !PvNode
605         && !ss->skipNullMove
606         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
607         &&  eval >= beta
608         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
609         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
610     {
611         ss->currentMove = MOVE_NULL;
612
613         assert(eval - beta >= 0);
614
615         // Null move dynamic reduction based on depth and value
616         Depth R =  3 * ONE_PLY
617                  + depth / 4
618                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
619
620         pos.do_null_move(st);
621         (ss+1)->skipNullMove = true;
622         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
623                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
624         (ss+1)->skipNullMove = false;
625         pos.undo_null_move();
626
627         if (nullValue >= beta)
628         {
629             // Do not return unproven mate scores
630             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
631                 nullValue = beta;
632
633             if (depth < 12 * ONE_PLY)
634                 return nullValue;
635
636             // Do verification search at high depths
637             ss->skipNullMove = true;
638             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
639                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
640             ss->skipNullMove = false;
641
642             if (v >= beta)
643                 return nullValue;
644         }
645     }
646
647     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
648     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
649     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
650     // prune the previous move.
651     if (   !PvNode
652         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
653         && !ss->skipNullMove
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
655     {
656         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
657         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
658
659         assert(rdepth >= ONE_PLY);
660         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
661         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
662
663         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
664         CheckInfo ci(pos);
665
666         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
667             if (pos.legal(move, ci.pinned))
668             {
669                 ss->currentMove = move;
670                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
671                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
672                 pos.undo_move(move);
673                 if (value >= rbeta)
674                     return value;
675             }
676     }
677
678     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
679     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
680         && !ttMove
681         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
682     {
683         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
684
685         ss->skipNullMove = true;
686         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
687         ss->skipNullMove = false;
688
689         tte = TT.probe(posKey);
690         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
691     }
692
693 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
694
695     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
696     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
697                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
698
699     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
700     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
701                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
702
703     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
704     CheckInfo ci(pos);
705     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
706     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
707                || ss->staticEval == VALUE_NONE
708                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
709
710     singularExtensionNode =   !RootNode
711                            && !SpNode
712                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
713                            &&  ttMove != MOVE_NONE
714                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
715                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
716                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
717
718     // Step 11. Loop through moves
719     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
720     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
721     {
722       assert(is_ok(move));
723
724       if (move == excludedMove)
725           continue;
726
727       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
728       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
729       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
730       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
731           continue;
732
733       if (SpNode)
734       {
735           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
736           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
737               continue;
738
739           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
740           splitPoint->mutex.unlock();
741       }
742       else
743           ++moveCount;
744
745       if (RootNode)
746       {
747           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
748
749           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
750               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
751                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
752                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
753       }
754
755       ext = DEPTH_ZERO;
756       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
757
758       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
759                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
760                   : pos.gives_check(move, ci);
761
762       dangerous =   givesCheck
763                  || type_of(move) != NORMAL
764                  || pos.advanced_pawn_push(move);
765
766       // Step 12. Extend checks
767       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
768           ext = ONE_PLY;
769
770       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
771       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
772       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
773       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
774       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
775       if (    singularExtensionNode
776           &&  move == ttMove
777           && !ext
778           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
779           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
780       {
781           assert(ttValue != VALUE_NONE);
782
783           Value rBeta = ttValue - int(depth);
784           ss->excludedMove = move;
785           ss->skipNullMove = true;
786           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
787           ss->skipNullMove = false;
788           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
789
790           if (value < rBeta)
791               ext = ONE_PLY;
792       }
793
794       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
795       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
796
797       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
798       if (   !PvNode
799           && !captureOrPromotion
800           && !inCheck
801           && !dangerous
802        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
803           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
804       {
805           // Move count based pruning
806           if (   depth < 16 * ONE_PLY
807               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
808           {
809               if (SpNode)
810                   splitPoint->mutex.lock();
811
812               continue;
813           }
814
815           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
816
817           // Futility pruning: parent node
818           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
819           {
820               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
821                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
822
823               if (futilityValue <= alpha)
824               {
825                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
826
827                   if (SpNode)
828                   {
829                       splitPoint->mutex.lock();
830                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
831                           splitPoint->bestValue = bestValue;
832                   }
833                   continue;
834               }
835           }
836
837           // Prune moves with negative SEE at low depths
838           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
839           {
840               if (SpNode)
841                   splitPoint->mutex.lock();
842
843               continue;
844           }
845       }
846
847       // Check for legality just before making the move
848       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
849       {
850           moveCount--;
851           continue;
852       }
853
854       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
855       ss->currentMove = move;
856       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
857           quietsSearched[quietCount++] = move;
858
859       // Step 14. Make the move
860       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
861
862       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
863       // re-searched at full depth.
864       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
865           && !pvMove
866           && !captureOrPromotion
867           &&  move != ttMove
868           &&  move != ss->killers[0]
869           &&  move != ss->killers[1])
870       {
871           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
872
873           if (!PvNode && cutNode)
874               ss->reduction += ONE_PLY;
875
876           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
877               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
878
879           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
880               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
881
882           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
883           if (SpNode)
884               alpha = splitPoint->alpha;
885
886           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
887
888           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
889           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
890           {
891               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
892               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
893           }
894
895           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
896           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
897       }
898       else
899           doFullDepthSearch = !pvMove;
900
901       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
902       if (doFullDepthSearch)
903       {
904           if (SpNode)
905               alpha = splitPoint->alpha;
906
907           value = newDepth < ONE_PLY ?
908                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
909                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
910                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
911       }
912
913       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
914       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
915       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
916       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
917           value = newDepth < ONE_PLY ?
918                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
919                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
920                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
921       // Step 17. Undo move
922       pos.undo_move(move);
923
924       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
925
926       // Step 18. Check for new best move
927       if (SpNode)
928       {
929           splitPoint->mutex.lock();
930           bestValue = splitPoint->bestValue;
931           alpha = splitPoint->alpha;
932       }
933
934       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
935       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
936       // updating best move, PV and TT.
937       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
938           return VALUE_ZERO;
939
940       if (RootNode)
941       {
942           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
943
944           // PV move or new best move ?
945           if (pvMove || value > alpha)
946           {
947               rm.score = value;
948               rm.extract_pv_from_tt(pos);
949
950               // We record how often the best move has been changed in each
951               // iteration. This information is used for time management: When
952               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
953               if (!pvMove)
954                   ++BestMoveChanges;
955           }
956           else
957               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
958               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
959               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
960               rm.score = -VALUE_INFINITE;
961       }
962
963       if (value > bestValue)
964       {
965           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
966
967           if (value > alpha)
968           {
969               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
970
971               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
972                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
973               else
974               {
975                   assert(value >= beta); // Fail high
976
977                   if (SpNode)
978                       splitPoint->cutoff = true;
979
980                   break;
981               }
982           }
983       }
984
985       // Step 19. Check for splitting the search
986       if (   !SpNode
987           &&  Threads.size() >= 2
988           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
989           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
990                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
991           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
992       {
993           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
994
995           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
996                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
997
998           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
999               return VALUE_ZERO;
1000
1001           if (bestValue >= beta)
1002               break;
1003       }
1004     }
1005
1006     if (SpNode)
1007         return bestValue;
1008
1009     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1010     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1011     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1012     /*
1013        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1014         return VALUE_DRAW;
1015     */
1016
1017     // Step 20. Check for mate and stalemate
1018     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1019     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1020     // return a fail low score.
1021     if (!moveCount)
1022         bestValue = excludedMove ? alpha
1023                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1024
1025     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1026     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1027         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1028
1029     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1030              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1031              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1032              depth, bestMove, ss->staticEval);
1033
1034     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1035
1036     return bestValue;
1037   }
1038
1039
1040   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1041   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1042   // less than ONE_PLY).
1043
1044   template <NodeType NT, bool InCheck>
1045   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1046
1047     const bool PvNode = NT == PV;
1048
1049     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1050     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1051     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1052     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1053     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1054
1055     StateInfo st;
1056     const TTEntry* tte;
1057     Key posKey;
1058     Move ttMove, move, bestMove;
1059     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1060     bool givesCheck, evasionPrunable;
1061     Depth ttDepth;
1062
1063     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1064     if (PvNode)
1065         oldAlpha = alpha;
1066
1067     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1068     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1069
1070     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1071     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1072         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1073
1074     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1075     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1076     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1077     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1078                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1079
1080     // Transposition table lookup
1081     posKey = pos.key();
1082     tte = TT.probe(posKey);
1083     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1084     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1085
1086     if (   tte
1087         && tte->depth() >= ttDepth
1088         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1089         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1090             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1091                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1092     {
1093         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1094         return ttValue;
1095     }
1096
1097     // Evaluate the position statically
1098     if (InCheck)
1099     {
1100         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1101         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1102     }
1103     else
1104     {
1105         if (tte)
1106         {
1107             // Never assume anything on values stored in TT
1108             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1109                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1110
1111             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1112             if (ttValue != VALUE_NONE)
1113                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1114                     bestValue = ttValue;
1115         }
1116         else
1117             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1118
1119         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1120         if (bestValue >= beta)
1121         {
1122             if (!tte)
1123                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1124                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1125
1126             return bestValue;
1127         }
1128
1129         if (PvNode && bestValue > alpha)
1130             alpha = bestValue;
1131
1132         futilityBase = bestValue + 128;
1133     }
1134
1135     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1136     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1137     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1138     // be generated.
1139     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1140     CheckInfo ci(pos);
1141
1142     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1143     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1144     {
1145       assert(is_ok(move));
1146
1147       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1148                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1149                   : pos.gives_check(move, ci);
1150
1151       // Futility pruning
1152       if (   !PvNode
1153           && !InCheck
1154           && !givesCheck
1155           &&  move != ttMove
1156           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1157           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1158       {
1159           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1160
1161           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1162
1163           if (futilityValue < beta)
1164           {
1165               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1166               continue;
1167           }
1168
1169           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1170           {
1171               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1172               continue;
1173           }
1174       }
1175
1176       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1177       evasionPrunable =    InCheck
1178                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1179                        && !pos.capture(move)
1180                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1181
1182       // Don't search moves with negative SEE values
1183       if (   !PvNode
1184           && (!InCheck || evasionPrunable)
1185           &&  move != ttMove
1186           &&  type_of(move) != PROMOTION
1187           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1188           continue;
1189
1190       // Check for legality just before making the move
1191       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1192           continue;
1193
1194       ss->currentMove = move;
1195
1196       // Make and search the move
1197       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1198       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1199                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1200       pos.undo_move(move);
1201
1202       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1203
1204       // Check for new best move
1205       if (value > bestValue)
1206       {
1207           bestValue = value;
1208
1209           if (value > alpha)
1210           {
1211               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1212               {
1213                   alpha = value;
1214                   bestMove = move;
1215               }
1216               else // Fail high
1217               {
1218                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1219                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1220
1221                   return value;
1222               }
1223           }
1224        }
1225     }
1226
1227     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1228     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1229     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1230         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1231
1232     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1233              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1234              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1235
1236     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1237
1238     return bestValue;
1239   }
1240
1241
1242   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1243   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1244   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1245
1246   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1247
1248     assert(v != VALUE_NONE);
1249
1250     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1251           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1252   }
1253
1254
1255   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1256   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1257   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1258
1259   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1260
1261     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1262           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1263           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1264   }
1265
1266
1267   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1268   // of a quiet move.
1269
1270   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1271
1272     if (ss->killers[0] != move)
1273     {
1274         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1275         ss->killers[0] = move;
1276     }
1277
1278     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1279     // played quiet moves.
1280     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1281     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1282     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1283     {
1284         Move m = quiets[i];
1285         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1286     }
1287
1288     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1289     {
1290         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1291         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1292     }
1293
1294     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1295     {
1296         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1297         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1298     }
1299   }
1300
1301
1302   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1303   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1304
1305   Move Skill::pick_move() {
1306
1307     static RKISS rk;
1308
1309     // PRNG sequence should be not deterministic
1310     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1311         rk.rand<unsigned>();
1312
1313     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1314     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1315     int weakness = 120 - 2 * level;
1316     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1317     best = MOVE_NONE;
1318
1319     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1320     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1321     // then we choose the move with the resulting highest score.
1322     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1323     {
1324         int s = RootMoves[i].score;
1325
1326         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1327         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1328             break;
1329
1330         // This is our magic formula
1331         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1332               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1333
1334         if (s > max_s)
1335         {
1336             max_s = s;
1337             best = RootMoves[i].pv[0];
1338         }
1339     }
1340     return best;
1341   }
1342
1343
1344   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1345   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1346   // search score.
1347
1348   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1349
1350     std::stringstream ss;
1351     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1352     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1353     int selDepth = 0;
1354
1355     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1356         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1357             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1358
1359     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1360     {
1361         bool updated = (i <= PVIdx);
1362
1363         if (depth == 1 && !updated)
1364             continue;
1365
1366         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1367         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1368
1369         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1370             ss << "\n";
1371
1372         ss << "info depth " << d
1373            << " seldepth "  << selDepth
1374            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1375            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1376            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1377            << " time "      << elapsed
1378            << " multipv "   << i + 1
1379            << " pv";
1380
1381         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1382             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1383     }
1384
1385     return ss.str();
1386   }
1387
1388 } // namespace
1389
1390
1391 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1392 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1393 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1394 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1395
1396 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1397
1398   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1399   const TTEntry* tte;
1400   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1401   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1402   Value expectedScore = score;
1403
1404   pv.clear();
1405
1406   do {
1407       pv.push_back(m);
1408
1409       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1410
1411       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1412       tte = TT.probe(pos.key());
1413       expectedScore = -expectedScore;
1414
1415   } while (   tte
1416            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1417            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1418            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1419            && ply < MAX_PLY
1420            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1421
1422   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1423
1424   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1425 }
1426
1427
1428 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1429 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1430 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1431
1432 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1433
1434   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1435   const TTEntry* tte;
1436   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1437
1438   do {
1439       tte = TT.probe(pos.key());
1440
1441       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1442           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1443
1444       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1445
1446       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1447
1448   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1449
1450   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1451 }
1452
1453
1454 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1455
1456 void Thread::idle_loop() {
1457
1458   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1459   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1460   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1461
1462   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1463
1464   while (true)
1465   {
1466       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1467       // wasting CPU time polling for work.
1468       while (!searching || exit)
1469       {
1470           if (exit)
1471           {
1472               assert(!this_sp);
1473               return;
1474           }
1475
1476           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1477           mutex.lock();
1478
1479           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1480           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1481           {
1482               mutex.unlock();
1483               break;
1484           }
1485
1486           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1487           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1488           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1489           // we had the chance to grab the lock.
1490           if (!searching && !exit)
1491               sleepCondition.wait(mutex);
1492
1493           mutex.unlock();
1494       }
1495
1496       // If this thread has been assigned work, launch a search
1497       if (searching)
1498       {
1499           assert(!exit);
1500
1501           Threads.mutex.lock();
1502
1503           assert(searching);
1504           assert(activeSplitPoint);
1505           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1506
1507           Threads.mutex.unlock();
1508
1509           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1510           Position pos(*sp->pos, this);
1511
1512           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1513           ss->splitPoint = sp;
1514
1515           sp->mutex.lock();
1516
1517           assert(activePosition == NULL);
1518
1519           activePosition = &pos;
1520
1521           if (sp->nodeType == NonPV)
1522               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else if (sp->nodeType == PV)
1525               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526
1527           else if (sp->nodeType == Root)
1528               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1529
1530           else
1531               assert(false);
1532
1533           assert(searching);
1534
1535           searching = false;
1536           activePosition = NULL;
1537           sp->slavesMask.reset(idx);
1538           sp->allSlavesSearching = false;
1539           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1540
1541           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1542           // loop in case we are the last slave of the split point.
1543           if (    this != sp->masterThread
1544               &&  sp->slavesMask.none())
1545           {
1546               assert(!sp->masterThread->searching);
1547               sp->masterThread->notify_one();
1548           }
1549
1550           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1551           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1552           // the sp master.
1553           sp->mutex.unlock();
1554
1555           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1556           // already finished.
1557           if (Threads.size() > 2)
1558               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1559               {
1560                   int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1561                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1562
1563                   if (   sp
1564                       && sp->allSlavesSearching
1565                       && available_to(Threads[i]))
1566                   {
1567                       // Recheck the conditions under lock protection
1568                       Threads.mutex.lock();
1569                       sp->mutex.lock();
1570
1571                       if (   sp->allSlavesSearching
1572                           && available_to(Threads[i]))
1573                       {
1574                            sp->slavesMask.set(idx);
1575                            activeSplitPoint = sp;
1576                            searching = true;
1577                       }
1578
1579                       sp->mutex.unlock();
1580                       Threads.mutex.unlock();
1581
1582                       break; // Just a single attempt
1583                   }
1584               }
1585       }
1586
1587       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1588       // their work at this split point, return from the idle loop.
1589       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1590       {
1591           this_sp->mutex.lock();
1592           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1593           this_sp->mutex.unlock();
1594           if (finished)
1595               return;
1596       }
1597   }
1598 }
1599
1600
1601 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1602 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1603 /// available time and thus stop the search.
1604
1605 void check_time() {
1606
1607   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1608   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1609
1610   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1611   {
1612       lastInfoTime = Time::now();
1613       dbg_print();
1614   }
1615
1616   if (Limits.ponder)
1617       return;
1618
1619   if (Limits.nodes)
1620   {
1621       Threads.mutex.lock();
1622
1623       nodes = RootPos.nodes_searched();
1624
1625       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1626       // all the currently active positions nodes.
1627       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1628           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1629           {
1630               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1631
1632               sp.mutex.lock();
1633
1634               nodes += sp.nodes;
1635
1636               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1637                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1638                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1639
1640               sp.mutex.unlock();
1641           }
1642
1643       Threads.mutex.unlock();
1644   }
1645
1646   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1647   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1648                          && !Signals.failedLowAtRoot
1649                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1650
1651   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1652                    || stillAtFirstMove;
1653
1654   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1655       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1656       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1657       Signals.stop = true;
1658 }