0901187acee2af63bebbc120bed03e33948962da
[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 <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 #ifdef SYZYGY
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39 #endif
40
41 namespace Search {
42
43   volatile SignalsType Signals;
44   LimitsType Limits;
45   std::vector<RootMove> RootMoves;
46   Position RootPos;
47   Time::point SearchTime;
48   StateStackPtr SetupStates;
49   int TBCardinality;
50   uint64_t TBHits;
51   bool RootInTB;
52   bool TB50MoveRule;
53   Depth TBProbeDepth;
54   Value TBScore;
55 }
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
65
66   // Dynamic razoring margin based on depth
67   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
68
69   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
70   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d) {
73     return Value(200 * d);
74   }
75
76   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
77   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
78
79   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
80     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
81   }
82
83   size_t PVIdx;
84   TimeManager TimeMgr;
85   double BestMoveChanges;
86   Value DrawValue[COLOR_NB];
87   HistoryStats History;
88   GainsStats Gains;
89   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
90
91   template <NodeType NT, bool SpNode>
92   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
93
94   template <NodeType NT, bool InCheck>
95   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
96
97   void id_loop(Position& pos);
98   Value value_to_tt(Value v, int ply);
99   Value value_from_tt(Value v, int ply);
100   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
101   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
102   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
103
104   struct Skill {
105     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
106                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
107                                     best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (candidates) // 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     size_t candidates_size() const { return candidates; }
115     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     size_t candidates;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   // Init reductions array
131   for (int d = 1; d < 64; ++d)
132       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
133       {
134           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
135           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
136
137           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
138           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
139
140           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
141           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
142
143           // Increase reduction when eval is not improving
144           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
145               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
146       }
147
148   // Init futility move count array
149   for (int d = 0; d < 16; ++d)
150   {
151       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
152       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
153   }
154 }
155
156
157 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
158 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
159 template<bool Root>
160 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
161
162   StateInfo st;
163   uint64_t cnt, nodes = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
166
167   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
168   {
169       if (Root && depth <= ONE_PLY)
170           cnt = 1, nodes++;
171       else
172       {
173           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
174           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
175           nodes += cnt;
176           pos.undo_move(*it);
177       }
178       if (Root)
179           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
180   }
181   return nodes;
182 }
183
184 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
185
186
187 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
188 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
189 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
190
191 void Search::think() {
192
193   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
194   TBHits = TBCardinality = 0;
195   RootInTB = false;
196
197   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
198   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
199   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
200
201   if (RootMoves.empty())
202   {
203       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
204       sync_cout << "info depth 0 score "
205                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
206                 << sync_endl;
207   }
208   else
209   {
210 #ifdef SYZYGY
211       // Check Tablebases at root
212       int piecesCnt = RootPos.total_piece_count();
213       TBCardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
214       TBProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
215       if (TBCardinality > Tablebases::TBLargest)
216       {
217           TBCardinality = Tablebases::TBLargest;
218           TBProbeDepth = 0 * ONE_PLY;
219       }
220       TB50MoveRule = Options["Syzygy50MoveRule"];
221
222       if (piecesCnt <= TBCardinality)
223       {
224           TBHits = RootMoves.size();
225
226           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
227           // contains only moves that preserve the draw or win.
228           RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, TBScore);
229
230           if (RootInTB)
231           {
232               TBCardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
233
234               // It might be a good idea to mangle the hash key (xor it
235               // with a fixed value) in order to "clear" the hash table of
236               // the results of previous probes. However, that would have to
237               // be done from within the Position class, so we skip it for now.
238
239               // Optional: decrease target time.
240           }
241           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
242           {
243               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
244               RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, TBScore);
245
246               // Only probe during search if winning
247               if (TBScore <= VALUE_DRAW)
248                   TBCardinality = 0;
249           }
250
251           if (!RootInTB)
252           {
253               TBHits = 0;
254           }
255           else if (!TB50MoveRule)
256           {
257               TBScore = TBScore > VALUE_DRAW ? VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
258                       : TBScore < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
259                       : TBScore;
260           }
261       }
262 #endif
263
264       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
265           Threads[i]->maxPly = 0;
266
267       Threads.timer->run = true;
268       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
269
270       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
271
272       Threads.timer->run = false;
273   }
274
275   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
276   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
277   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
278   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
279   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
280   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
281   {
282       Signals.stopOnPonderhit = true;
283       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
284   }
285
286   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
287
288   if (RootMoves[0].pv.size() > 1)
289       std::cout << " ponder " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
290
291   std::cout << sync_endl;
292 }
293
294
295 namespace {
296
297   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
298   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
299   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
300
301   void id_loop(Position& pos) {
302
303     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
304     Depth depth;
305     Value bestValue, alpha, beta, delta;
306
307     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
308
309     depth = DEPTH_ZERO;
310     BestMoveChanges = 0;
311     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
312     beta = VALUE_INFINITE;
313
314     TT.new_search();
315     History.clear();
316     Gains.clear();
317     Countermoves.clear();
318     Followupmoves.clear();
319
320     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
321     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
322
323     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
324     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
325     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
326
327     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
328     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
329     {
330         // Age out PV variability metric
331         BestMoveChanges *= 0.5;
332
333         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
336             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
337
338         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
339         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
340         {
341             // Reset aspiration window starting size
342             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
343             {
344                 delta = Value(16);
345                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
346                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
347             }
348
349             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
350             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
351             // high/low anymore.
352             while (true)
353             {
354                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
355
356                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
357                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
358                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
359                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
360                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
361                 // search the already searched PV lines are preserved.
362                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
363
364                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
365                 // entries have been overwritten during the search.
366                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
367                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
368
369                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
370                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
371                 // valid, although it refers to previous iteration.
372                 if (Signals.stop)
373                     break;
374
375                 // When failing high/low give some update (without cluttering
376                 // the UI) before a re-search.
377                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
378                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
379                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
380
381                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
382                 // re-search, otherwise exit the loop.
383                 if (bestValue <= alpha)
384                 {
385                     beta = (alpha + beta) / 2;
386                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
387
388                     Signals.failedLowAtRoot = true;
389                     Signals.stopOnPonderhit = false;
390                 }
391                 else if (bestValue >= beta)
392                 {
393                     alpha = (alpha + beta) / 2;
394                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
395                 }
396                 else
397                     break;
398
399                 delta += delta / 2;
400
401                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
402             }
403
404             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
405             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
406
407             if (Signals.stop)
408                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
409                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
410
411             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
412                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
413                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
414         }
415
416         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
417         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
418             skill.pick_move();
419
420         // Have we found a "mate in x"?
421         if (   Limits.mate
422             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
423             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
424             Signals.stop = true;
425
426         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
427         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
428         {
429             // Take some extra time if the best move has changed
430             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
431                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
432
433             // Stop the search if only one legal move is available or all
434             // of the available time has been used.
435             if (   RootMoves.size() == 1
436                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
437             {
438                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
439                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
440                 if (Limits.ponder)
441                     Signals.stopOnPonderhit = true;
442                 else
443                     Signals.stop = true;
444             }
445         }
446     }
447   }
448
449
450   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
451   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
452   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
453   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
454   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
455   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
456
457   template <NodeType NT, bool SpNode>
458   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
459
460     const bool RootNode = NT == Root;
461     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
462
463     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
464     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
465     assert(depth > DEPTH_ZERO);
466
467     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
468     StateInfo st;
469     const TTEntry *tte;
470     SplitPoint* splitPoint;
471     Key posKey;
472     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
473     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
474     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
475     bool inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
476     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
477     int moveCount, quietCount;
478
479     // Step 1. Initialize node
480     Thread* thisThread = pos.this_thread();
481     inCheck = pos.checkers();
482
483     if (SpNode)
484     {
485         splitPoint = ss->splitPoint;
486         bestMove   = splitPoint->bestMove;
487         bestValue  = splitPoint->bestValue;
488         tte = NULL;
489         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
490         ttValue = VALUE_NONE;
491
492         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
493
494         goto moves_loop;
495     }
496
497     moveCount = quietCount = 0;
498     bestValue = -VALUE_INFINITE;
499     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
500
501     // Used to send selDepth info to GUI
502     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
503         thisThread->maxPly = ss->ply;
504
505     if (!RootNode)
506     {
507         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
508         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
509             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
510
511         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
512         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
513         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
514         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
515         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
516         // mate. In this case return a fail-high score.
517         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
518         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
519         if (alpha >= beta)
520             return alpha;
521     }
522
523     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
524
525     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
526     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
527     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
528
529     // Step 4. Transposition table lookup
530     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
531     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
532     excludedMove = ss->excludedMove;
533     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
534     tte = TT.probe(posKey);
535     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
536     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
537
538     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
539     if (  !PvNode
540         && tte
541         && tte->depth() >= depth
542         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
543         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
544                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
545     {
546         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
547
548         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
549         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
550             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
551
552         return ttValue;
553     }
554
555 #ifdef SYZYGY
556     // Step 4a. Tablebase probe
557     if (   !RootNode
558         && pos.total_piece_count() <= TBCardinality
559         && ( pos.total_piece_count() < TBCardinality || depth >= TBProbeDepth )
560         && pos.rule50_count() == 0)
561     {
562         int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
563
564         if (found)
565         {
566             TBHits++;
567
568             if (TB50MoveRule) {
569                 value = v < -1 ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
570                       : v >  1 ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
571                       : VALUE_DRAW + 2 * v;
572             }
573             else
574             {
575                 value = v < 0 ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
576                       : v > 0 ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
577                       : VALUE_DRAW;
578             }
579
580             TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
581                      std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY), MOVE_NONE, VALUE_NONE);
582
583             return value;
584         }
585     }
586 #endif
587
588     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
589     if (inCheck)
590     {
591         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
592         goto moves_loop;
593     }
594
595     else if (tte)
596     {
597         // Never assume anything on values stored in TT
598         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
599             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
600
601         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
602         if (ttValue != VALUE_NONE)
603             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
604                 eval = ttValue;
605     }
606     else
607     {
608         eval = ss->staticEval =
609         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
610
611         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
612     }
613
614     if (   !pos.captured_piece_type()
615         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
616         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
617         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
618         &&  move != MOVE_NONE
619         &&  type_of(move) == NORMAL)
620     {
621         Square to = to_sq(move);
622         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
623     }
624
625     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
626     if (   !PvNode
627         &&  depth < 4 * ONE_PLY
628         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
629         &&  ttMove == MOVE_NONE
630         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
631     {
632         if (   depth <= ONE_PLY
633             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
634             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
635
636         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
637         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
638         if (v <= ralpha)
639             return v;
640     }
641
642     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
643     if (   !PvNode
644         && !ss->skipNullMove
645         &&  depth < 7 * ONE_PLY
646         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
647         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
648         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
649         return eval - futility_margin(depth);
650
651     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
652     if (   !PvNode
653         && !ss->skipNullMove
654         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
655         &&  eval >= beta
656         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
657     {
658         ss->currentMove = MOVE_NULL;
659
660         assert(eval - beta >= 0);
661
662         // Null move dynamic reduction based on depth and value
663         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
664
665         pos.do_null_move(st);
666         (ss+1)->skipNullMove = true;
667         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
668                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
669         (ss+1)->skipNullMove = false;
670         pos.undo_null_move();
671
672         if (nullValue >= beta)
673         {
674             // Do not return unproven mate scores
675             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
676                 nullValue = beta;
677
678             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
679                 return nullValue;
680
681             // Do verification search at high depths
682             ss->skipNullMove = true;
683             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
684                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
685             ss->skipNullMove = false;
686
687             if (v >= beta)
688                 return nullValue;
689         }
690     }
691
692     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
693     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
694     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
695     // prune the previous move.
696     if (   !PvNode
697         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
698         && !ss->skipNullMove
699         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
700     {
701         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
702         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
703
704         assert(rdepth >= ONE_PLY);
705         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
706         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
707
708         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
709         CheckInfo ci(pos);
710
711         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
712             if (pos.legal(move, ci.pinned))
713             {
714                 ss->currentMove = move;
715                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
716                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
717                 pos.undo_move(move);
718                 if (value >= rbeta)
719                     return value;
720             }
721     }
722
723     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
724     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
725         && !ttMove
726         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
727     {
728         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
729         ss->skipNullMove = true;
730         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
731         ss->skipNullMove = false;
732
733         tte = TT.probe(posKey);
734         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
735     }
736
737 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
738
739     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
740     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
741                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
742
743     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
744     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
745                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
746
747     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
748     CheckInfo ci(pos);
749     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
750     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
751                || ss->staticEval == VALUE_NONE
752                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
753
754     singularExtensionNode =   !RootNode
755                            && !SpNode
756                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
757                            &&  ttMove != MOVE_NONE
758                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
759                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
760                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
761                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
762                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
763
764     // Step 11. Loop through moves
765     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
766     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
767     {
768       assert(is_ok(move));
769
770       if (move == excludedMove)
771           continue;
772
773       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
774       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
775       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
776       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
777           continue;
778
779       if (SpNode)
780       {
781           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
782           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
783               continue;
784
785           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
786           splitPoint->mutex.unlock();
787       }
788       else
789           ++moveCount;
790
791       if (RootNode)
792       {
793           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
794
795           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
796               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
797                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
798                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
799       }
800
801       if (PvNode)
802           (ss+1)->pv = NULL;
803
804       ext = DEPTH_ZERO;
805       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
806
807       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
808                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
809                   : pos.gives_check(move, ci);
810
811       dangerous =   givesCheck
812                  || type_of(move) != NORMAL
813                  || pos.advanced_pawn_push(move);
814
815       // Step 12. Extend checks
816       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
817           ext = ONE_PLY;
818
819       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
820       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
821       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
822       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
823       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
824       if (    singularExtensionNode
825           &&  move == ttMove
826           && !ext
827           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
828       {
829           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
830           ss->excludedMove = move;
831           ss->skipNullMove = true;
832           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
833           ss->skipNullMove = false;
834           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
835
836           if (value < rBeta)
837               ext = ONE_PLY;
838       }
839
840       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
841       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
842
843       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
844       if (   !PvNode
845           && !captureOrPromotion
846           && !inCheck
847           && !dangerous
848           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
849       {
850           // Move count based pruning
851           if (   depth < 16 * ONE_PLY
852               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
853           {
854               if (SpNode)
855                   splitPoint->mutex.lock();
856
857               continue;
858           }
859
860           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
861
862           // Futility pruning: parent node
863           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
864           {
865               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
866                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
867
868               if (futilityValue <= alpha)
869               {
870                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
871
872                   if (SpNode)
873                   {
874                       splitPoint->mutex.lock();
875                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
876                           splitPoint->bestValue = bestValue;
877                   }
878                   continue;
879               }
880           }
881
882           // Prune moves with negative SEE at low depths
883           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
884           {
885               if (SpNode)
886                   splitPoint->mutex.lock();
887
888               continue;
889           }
890       }
891
892       // Speculative prefetch as early as possible
893       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
894
895       // Check for legality just before making the move
896       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
897       {
898           moveCount--;
899           continue;
900       }
901
902       ss->currentMove = move;
903       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
904           quietsSearched[quietCount++] = move;
905
906       // Step 14. Make the move
907       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
908
909       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
910       // re-searched at full depth.
911       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
912           &&  moveCount > 1
913           && !captureOrPromotion
914           &&  move != ss->killers[0]
915           &&  move != ss->killers[1])
916       {
917           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
918
919           if (   (!PvNode && cutNode)
920               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
921               ss->reduction += ONE_PLY;
922
923           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
924               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
925
926           // Decrease reduction for moves that escape a capture
927           if (   ss->reduction
928               && type_of(move) == NORMAL
929               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
930               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
931               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
932
933           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
934           if (SpNode)
935               alpha = splitPoint->alpha;
936
937           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
938
939           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
940           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
941           {
942               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
943               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
944           }
945
946           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
947           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
948       }
949       else
950           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
951
952       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
953       if (doFullDepthSearch)
954       {
955           if (SpNode)
956               alpha = splitPoint->alpha;
957
958           value = newDepth <   ONE_PLY ?
959                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
960                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
962       }
963
964       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
965       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
966       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
967       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
968       {
969           (ss+1)->pv = pv;
970           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
971
972           value = newDepth <   ONE_PLY ?
973                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
974                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
975                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
976       }
977
978       // Step 17. Undo move
979       pos.undo_move(move);
980
981       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
982
983       // Step 18. Check for new best move
984       if (SpNode)
985       {
986           splitPoint->mutex.lock();
987           bestValue = splitPoint->bestValue;
988           alpha = splitPoint->alpha;
989       }
990
991       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
992       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
993       // updating best move, PV and TT.
994       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
995           return VALUE_ZERO;
996
997       if (RootNode)
998       {
999           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1000
1001           // PV move or new best move ?
1002           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1003           {
1004               rm.score = value;
1005               rm.pv.resize(1);
1006
1007               assert((ss+1)->pv);
1008
1009               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1010                   rm.pv.push_back(*m);
1011
1012               // We record how often the best move has been changed in each
1013               // iteration. This information is used for time management: When
1014               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1015               if (moveCount > 1)
1016                   ++BestMoveChanges;
1017           }
1018           else
1019               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1020               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1021               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1022               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1023       }
1024
1025       if (value > bestValue)
1026       {
1027           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1028
1029           if (value > alpha)
1030           {
1031               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1032
1033               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1034                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1035
1036               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1037                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1038               else
1039               {
1040                   assert(value >= beta); // Fail high
1041
1042                   if (SpNode)
1043                       splitPoint->cutoff = true;
1044
1045                   break;
1046               }
1047           }
1048       }
1049
1050       // Step 19. Check for splitting the search
1051       if (   !SpNode
1052           &&  Threads.size() >= 2
1053           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1054           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1055                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
1056           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1057       {
1058           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1059
1060           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1061                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1062
1063           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1064               return VALUE_ZERO;
1065
1066           if (bestValue >= beta)
1067               break;
1068       }
1069     }
1070
1071     if (SpNode)
1072         return bestValue;
1073
1074     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1075     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1076     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1077     /*
1078        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1079         return VALUE_DRAW;
1080     */
1081
1082     // Step 20. Check for mate and stalemate
1083     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1084     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1085     // return a fail low score.
1086     if (!moveCount)
1087         bestValue = excludedMove ? alpha
1088                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1089
1090     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1091     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1092         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1093
1094     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1095              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1096              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1097              depth, bestMove, ss->staticEval);
1098
1099     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1100
1101     return bestValue;
1102   }
1103
1104
1105   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1106   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1107   // less than ONE_PLY).
1108
1109   template <NodeType NT, bool InCheck>
1110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1111
1112     const bool PvNode = NT == PV;
1113
1114     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1115     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1116     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1117     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1118     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1119
1120     Move pv[MAX_PLY+1];
1121     StateInfo st;
1122     const TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool givesCheck, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128
1129     if (PvNode)
1130     {
1131         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1132         (ss+1)->pv = pv;
1133         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1134     }
1135
1136     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1137     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1138
1139     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1140     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1141         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1142
1143     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1144
1145     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1146     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1147     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1148     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1149                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1150
1151     // Transposition table lookup
1152     posKey = pos.key();
1153     tte = TT.probe(posKey);
1154     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1155     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1156
1157     if (  !PvNode
1158         && tte
1159         && tte->depth() >= ttDepth
1160         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1161         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1162                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1163     {
1164         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1165         return ttValue;
1166     }
1167
1168     // Evaluate the position statically
1169     if (InCheck)
1170     {
1171         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1172         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1173     }
1174     else
1175     {
1176         if (tte)
1177         {
1178             // Never assume anything on values stored in TT
1179             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1180                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1181
1182             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1183             if (ttValue != VALUE_NONE)
1184                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1185                     bestValue = ttValue;
1186         }
1187         else
1188             ss->staticEval = bestValue =
1189             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1190
1191         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1192         if (bestValue >= beta)
1193         {
1194             if (!tte)
1195                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1196                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1197
1198             return bestValue;
1199         }
1200
1201         if (PvNode && bestValue > alpha)
1202             alpha = bestValue;
1203
1204         futilityBase = bestValue + 128;
1205     }
1206
1207     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1208     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1209     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1210     // be generated.
1211     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1212     CheckInfo ci(pos);
1213
1214     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1215     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1216     {
1217       assert(is_ok(move));
1218
1219       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1220                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1221                   : pos.gives_check(move, ci);
1222
1223       // Futility pruning
1224       if (   !PvNode
1225           && !InCheck
1226           && !givesCheck
1227           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1228           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1229       {
1230           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1231
1232           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1233
1234           if (futilityValue < beta)
1235           {
1236               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1237               continue;
1238           }
1239
1240           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1241           {
1242               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1243               continue;
1244           }
1245       }
1246
1247       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1248       evasionPrunable =    InCheck
1249                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1250                        && !pos.capture(move)
1251                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1252
1253       // Don't search moves with negative SEE values
1254       if (   !PvNode
1255           && (!InCheck || evasionPrunable)
1256           &&  type_of(move) != PROMOTION
1257           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1258           continue;
1259
1260       // Speculative prefetch as early as possible
1261       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1262
1263       // Check for legality just before making the move
1264       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1265           continue;
1266
1267       ss->currentMove = move;
1268
1269       // Make and search the move
1270       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1271       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1272                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1273       pos.undo_move(move);
1274
1275       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1276
1277       // Check for new best move
1278       if (value > bestValue)
1279       {
1280           bestValue = value;
1281
1282           if (value > alpha)
1283           {
1284               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1285                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1286
1287               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1288               {
1289                   alpha = value;
1290                   bestMove = move;
1291               }
1292               else // Fail high
1293               {
1294                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1295                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1296
1297                   return value;
1298               }
1299           }
1300        }
1301     }
1302
1303     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1304     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1305     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1306         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1307
1308     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1309              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1310              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1311
1312     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1313
1314     return bestValue;
1315   }
1316
1317
1318   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1319   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1320   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1321
1322   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     assert(v != VALUE_NONE);
1325
1326     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1327           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1328   }
1329
1330
1331   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1332   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1333   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1334
1335   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1336
1337     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1338           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1339           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1340   }
1341
1342
1343   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1344
1345   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1346
1347     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1348         *pv++ = *childPv++;
1349     *pv = MOVE_NONE;
1350   }
1351
1352   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1353   // of a quiet move.
1354
1355   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1356
1357     if (ss->killers[0] != move)
1358     {
1359         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1360         ss->killers[0] = move;
1361     }
1362
1363     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1364     // played quiet moves.
1365     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1366     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1367     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1368     {
1369         Move m = quiets[i];
1370         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1371     }
1372
1373     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1374     {
1375         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1376         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1377     }
1378
1379     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1380     {
1381         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1382         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1383     }
1384   }
1385
1386
1387   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1388   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1389
1390   Move Skill::pick_move() {
1391
1392     static RKISS rk;
1393
1394     // PRNG sequence should be not deterministic
1395     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1396         rk.rand<unsigned>();
1397
1398     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1399     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1400     int weakness = 120 - 2 * level;
1401     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1402     best = MOVE_NONE;
1403
1404     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1405     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1406     // then we choose the move with the resulting highest score.
1407     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1408     {
1409         int s = RootMoves[i].score;
1410
1411         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1412         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1413             break;
1414
1415         // This is our magic formula
1416         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1417               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1418
1419         if (s > max_s)
1420         {
1421             max_s = s;
1422             best = RootMoves[i].pv[0];
1423         }
1424     }
1425     return best;
1426   }
1427
1428
1429   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1430   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1431   // search score.
1432
1433   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1434
1435     std::stringstream ss;
1436     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1437     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1438     int selDepth = 0;
1439
1440     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1441         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1442             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1443
1444     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1445     {
1446         bool updated = (i <= PVIdx);
1447
1448         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1449             continue;
1450
1451         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1452         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1453
1454         bool tb = RootInTB;
1455         if (tb)
1456         {
1457             if (abs(v) >= VALUE_MATE - MAX_PLY)
1458                 tb = false;
1459             else
1460                 v = TBScore;
1461         }
1462
1463         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1464             ss << "\n";
1465
1466         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1467            << " seldepth "  << selDepth
1468            << " multipv "   << i + 1
1469            << " score "     << ((!tb && i == PVIdx) ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1470            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1471            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1472            << " tbhits "    << TBHits
1473            << " time "      << elapsed
1474            << " pv";
1475
1476         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1477             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1478     }
1479
1480     return ss.str();
1481   }
1482
1483 } // namespace
1484
1485
1486 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1487 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1488 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1489
1490 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1491
1492   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1493   const TTEntry* tte;
1494   size_t idx = 0;
1495
1496   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1497   {
1498       tte = TT.probe(pos.key());
1499
1500       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1501           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1502
1503       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1504
1505       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1506   }
1507
1508   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1509 }
1510
1511
1512 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1513
1514 void Thread::idle_loop() {
1515
1516   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1517   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1518   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1519
1520   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1521
1522   while (!exit)
1523   {
1524       // If this thread has been assigned work, launch a search
1525       while (searching)
1526       {
1527           Threads.mutex.lock();
1528
1529           assert(activeSplitPoint);
1530           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1531
1532           Threads.mutex.unlock();
1533
1534           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1535           Position pos(*sp->pos, this);
1536
1537           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1538           ss->splitPoint = sp;
1539
1540           sp->mutex.lock();
1541
1542           assert(activePosition == NULL);
1543
1544           activePosition = &pos;
1545
1546           if (sp->nodeType == NonPV)
1547               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1548
1549           else if (sp->nodeType == PV)
1550               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1551
1552           else if (sp->nodeType == Root)
1553               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1554
1555           else
1556               assert(false);
1557
1558           assert(searching);
1559
1560           searching = false;
1561           activePosition = NULL;
1562           sp->slavesMask.reset(idx);
1563           sp->allSlavesSearching = false;
1564           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1565
1566           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1567           // loop in case we are the last slave of the split point.
1568           if (    this != sp->masterThread
1569               &&  sp->slavesMask.none())
1570           {
1571               assert(!sp->masterThread->searching);
1572               sp->masterThread->notify_one();
1573           }
1574
1575           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1576           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1577           // the sp master.
1578           sp->mutex.unlock();
1579
1580           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1581           // already finished.
1582           if (Threads.size() > 2)
1583               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1584               {
1585                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1586                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1587
1588                   if (   sp
1589                       && sp->allSlavesSearching
1590                       && available_to(Threads[i]))
1591                   {
1592                       // Recheck the conditions under lock protection
1593                       Threads.mutex.lock();
1594                       sp->mutex.lock();
1595
1596                       if (   sp->allSlavesSearching
1597                           && available_to(Threads[i]))
1598                       {
1599                            sp->slavesMask.set(idx);
1600                            activeSplitPoint = sp;
1601                            searching = true;
1602                       }
1603
1604                       sp->mutex.unlock();
1605                       Threads.mutex.unlock();
1606
1607                       break; // Just a single attempt
1608                   }
1609               }
1610       }
1611
1612       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1613       mutex.lock();
1614
1615       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1616       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1617       {
1618           assert(!searching);
1619           mutex.unlock();
1620           break;
1621       }
1622
1623       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1624       // wasting CPU time polling for work.
1625       if (!searching && !exit)
1626           sleepCondition.wait(mutex);
1627
1628       mutex.unlock();
1629   }
1630 }
1631
1632
1633 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1634 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1635 /// available time and thus stop the search.
1636
1637 void check_time() {
1638
1639   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1640   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1641
1642   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1643   {
1644       lastInfoTime = Time::now();
1645       dbg_print();
1646   }
1647
1648   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1649   if (Limits.ponder)
1650       return;
1651
1652   if (Limits.use_time_management())
1653   {
1654       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1655                              && !Signals.failedLowAtRoot
1656                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1657
1658       if (   stillAtFirstMove
1659           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1660           Signals.stop = true;
1661   }
1662   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1663       Signals.stop = true;
1664
1665   else if (Limits.nodes)
1666   {
1667       Threads.mutex.lock();
1668
1669       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1670
1671       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1672       // all the currently active positions nodes.
1673       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1674           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1675           {
1676               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1677
1678               sp.mutex.lock();
1679
1680               nodes += sp.nodes;
1681
1682               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1683                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1684                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1685
1686               sp.mutex.unlock();
1687           }
1688
1689       Threads.mutex.unlock();
1690
1691       if (nodes >= Limits.nodes)
1692           Signals.stop = true;
1693   }
1694 }