Import C++11 branch
[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) 2008-2015 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>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   RootMoveVector RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
91   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
92   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
93
94   struct Skill {
95     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
96                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
97                                     best(MOVE_NONE) {}
98    ~Skill() {
99       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
100           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
101                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
102     }
103
104     size_t candidates_size() const { return candidates; }
105     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
106     Move pick_move();
107
108     int level;
109     size_t candidates;
110     Move best;
111   };
112
113 } // namespace
114
115
116 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
117
118 void Search::init() {
119
120   // Init reductions array
121   for (int d = 1; d < 64; ++d)
122       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
123       {
124           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
125           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
126
127           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
128           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
129
130           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
131           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
132
133           // Increase reduction when eval is not improving
134           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
135               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
136       }
137
138   // Init futility move count array
139   for (int d = 0; d < 16; ++d)
140   {
141       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
142       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
143   }
144 }
145
146
147 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
148 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
149 template<bool Root>
150 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
151
152   StateInfo st;
153   uint64_t cnt, nodes = 0;
154   CheckInfo ci(pos);
155   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
156
157   for (const ExtMove& ms : MoveList<LEGAL>(pos))
158   {
159       if (Root && depth <= ONE_PLY)
160           cnt = 1, nodes++;
161       else
162       {
163           pos.do_move(ms.move, st, ci, pos.gives_check(ms.move, ci));
164           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
165           nodes += cnt;
166           pos.undo_move(ms.move);
167       }
168       if (Root)
169           sync_cout << UCI::move(ms.move, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
170   }
171   return nodes;
172 }
173
174 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
184
185   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
186   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
187   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
188
189   if (RootMoves.empty())
190   {
191       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
192       sync_cout << "info depth 0 score "
193                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
194                 << sync_endl;
195   }
196   else
197   {
198       for (Thread* th : Threads)
199           th->maxPly = 0;
200
201       Threads.timer->run = true;
202       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
203
204       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
205
206       Threads.timer->run = false;
207   }
208
209   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
210   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
211   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
212   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
213   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
214   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
215   {
216       Signals.stopOnPonderhit = true;
217       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
218   }
219
220   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
221
222   if (RootMoves[0].pv.size() > 1)
223       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
224
225   std::cout << sync_endl;
226 }
227
228
229 namespace {
230
231   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
232   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
233   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
234
235   void id_loop(Position& pos) {
236
237     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
238     Depth depth;
239     Value bestValue, alpha, beta, delta;
240
241     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
242
243     depth = DEPTH_ZERO;
244     BestMoveChanges = 0;
245     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
246     beta = VALUE_INFINITE;
247
248     TT.new_search();
249     History.clear();
250     Gains.clear();
251     Countermoves.clear();
252     Followupmoves.clear();
253
254     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
255     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
256
257     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
258     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
259     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
260
261     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
262     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
263     {
264         // Age out PV variability metric
265         BestMoveChanges *= 0.5;
266
267         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
268         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
269         for (RootMove& rm : RootMoves)
270             rm.previousScore = rm.score;
271
272         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
273         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
274         {
275             // Reset aspiration window starting size
276             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
277             {
278                 delta = Value(16);
279                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
280                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
281             }
282
283             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
284             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
285             // high/low anymore.
286             while (true)
287             {
288                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
289
290                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
291                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
292                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
293                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
294                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
295                 // search the already searched PV lines are preserved.
296                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
297
298                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
299                 // entries have been overwritten during the search.
300                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
301                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
302
303                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
304                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
305                 // valid, although it refers to previous iteration.
306                 if (Signals.stop)
307                     break;
308
309                 // When failing high/low give some update (without cluttering
310                 // the UI) before a re-search.
311                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
312                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
313                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
314
315                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
316                 // re-search, otherwise exit the loop.
317                 if (bestValue <= alpha)
318                 {
319                     beta = (alpha + beta) / 2;
320                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
321
322                     Signals.failedLowAtRoot = true;
323                     Signals.stopOnPonderhit = false;
324                 }
325                 else if (bestValue >= beta)
326                 {
327                     alpha = (alpha + beta) / 2;
328                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
329                 }
330                 else
331                     break;
332
333                 delta += delta / 2;
334
335                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
336             }
337
338             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
339             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
340
341             if (Signals.stop)
342                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
343                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
344
345             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
346                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
347                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
348         }
349
350         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
351         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
352             skill.pick_move();
353
354         // Have we found a "mate in x"?
355         if (   Limits.mate
356             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
357             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
358             Signals.stop = true;
359
360         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
361         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
362         {
363             // Take some extra time if the best move has changed
364             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
365                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
366
367             // Stop the search if only one legal move is available or all
368             // of the available time has been used.
369             if (   RootMoves.size() == 1
370                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
371             {
372                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
373                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
374                 if (Limits.ponder)
375                     Signals.stopOnPonderhit = true;
376                 else
377                     Signals.stop = true;
378             }
379         }
380     }
381   }
382
383
384   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
385   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
386   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
387   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
388   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
389   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
390
391   template <NodeType NT, bool SpNode>
392   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
393
394     const bool RootNode = NT == Root;
395     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
396
397     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
398     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
399     assert(depth > DEPTH_ZERO);
400
401     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
402     StateInfo st;
403     TTEntry* tte;
404     SplitPoint* splitPoint;
405     Key posKey;
406     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
407     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
408     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
409     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
410     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
411     int moveCount, quietCount;
412
413     // Step 1. Initialize node
414     Thread* thisThread = pos.this_thread();
415     inCheck = pos.checkers();
416
417     if (SpNode)
418     {
419         splitPoint = ss->splitPoint;
420         bestMove   = splitPoint->bestMove;
421         bestValue  = splitPoint->bestValue;
422         tte = nullptr;
423         ttHit = false;
424         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
425         ttValue = VALUE_NONE;
426
427         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
428
429         goto moves_loop;
430     }
431
432     moveCount = quietCount = 0;
433     bestValue = -VALUE_INFINITE;
434     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
435
436     // Used to send selDepth info to GUI
437     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
438         thisThread->maxPly = ss->ply;
439
440     if (!RootNode)
441     {
442         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
443         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
444             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
445
446         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
447         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
448         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
449         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
450         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
451         // mate. In this case return a fail-high score.
452         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
453         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
454         if (alpha >= beta)
455             return alpha;
456     }
457
458     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
459
460     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
461     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
462     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
463
464     // Step 4. Transposition table lookup
465     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
466     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
467     excludedMove = ss->excludedMove;
468     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
469     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
470     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
471     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
472
473     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
474     if (  !PvNode
475         && ttHit
476         && tte->depth() >= depth
477         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
478         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
479                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
480     {
481         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
482
483         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
484         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
485             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
486
487         return ttValue;
488     }
489
490     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
491     if (inCheck)
492     {
493         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
494         goto moves_loop;
495     }
496
497     else if (ttHit)
498     {
499         // Never assume anything on values stored in TT
500         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
501             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
502
503         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
504         if (ttValue != VALUE_NONE)
505             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
506                 eval = ttValue;
507     }
508     else
509     {
510         eval = ss->staticEval =
511         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
512
513         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
514     }
515
516     if (ss->skipEarlyPruning)
517         goto moves_loop;
518
519     if (   !pos.captured_piece_type()
520         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
521         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
522         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
523         &&  move != MOVE_NONE
524         &&  type_of(move) == NORMAL)
525     {
526         Square to = to_sq(move);
527         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
528     }
529
530     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
531     if (   !PvNode
532         &&  depth < 4 * ONE_PLY
533         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
534         &&  ttMove == MOVE_NONE
535         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
536     {
537         if (   depth <= ONE_PLY
538             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
539             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
540
541         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
542         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
543         if (v <= ralpha)
544             return v;
545     }
546
547     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
548     if (   !RootNode
549         &&  depth < 7 * ONE_PLY
550         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
551         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
552         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
553         return eval - futility_margin(depth);
554
555     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
556     if (   !PvNode
557         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
558         &&  eval >= beta
559         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
560     {
561         ss->currentMove = MOVE_NULL;
562
563         assert(eval - beta >= 0);
564
565         // Null move dynamic reduction based on depth and value
566         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
567
568         pos.do_null_move(st);
569         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
570         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
571                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
572         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
573         pos.undo_null_move();
574
575         if (nullValue >= beta)
576         {
577             // Do not return unproven mate scores
578             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
579                 nullValue = beta;
580
581             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
582                 return nullValue;
583
584             // Do verification search at high depths
585             ss->skipEarlyPruning = true;
586             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
587                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
588             ss->skipEarlyPruning = false;
589
590             if (v >= beta)
591                 return nullValue;
592         }
593     }
594
595     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
596     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
597     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
598     // prune the previous move.
599     if (   !PvNode
600         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
601         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
602     {
603         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
604         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
605
606         assert(rdepth >= ONE_PLY);
607         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
608         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
609
610         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
611         CheckInfo ci(pos);
612
613         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
614             if (pos.legal(move, ci.pinned))
615             {
616                 ss->currentMove = move;
617                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
618                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
619                 pos.undo_move(move);
620                 if (value >= rbeta)
621                     return value;
622             }
623     }
624
625     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
626     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
627         && !ttMove
628         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
629     {
630         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
631         ss->skipEarlyPruning = true;
632         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
633         ss->skipEarlyPruning = false;
634
635         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
636         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
637     }
638
639 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
640
641     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
642     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
643                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
644
645     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
646     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
647                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
648
649     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
650     CheckInfo ci(pos);
651     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
652     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
653                || ss->staticEval == VALUE_NONE
654                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
655
656     singularExtensionNode =   !RootNode
657                            && !SpNode
658                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
659                            &&  ttMove != MOVE_NONE
660                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
661                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
662                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
663                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
664                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
665
666     // Step 11. Loop through moves
667     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
668     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
669     {
670       assert(is_ok(move));
671
672       if (move == excludedMove)
673           continue;
674
675       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
676       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
677       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
678       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
679           continue;
680
681       if (SpNode)
682       {
683           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
684           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
685               continue;
686
687           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
688           splitPoint->mutex.unlock();
689       }
690       else
691           ++moveCount;
692
693       if (RootNode)
694       {
695           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
696
697           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
698               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
699                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
700                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
701       }
702
703       if (PvNode)
704           (ss+1)->pv = nullptr;
705
706       extension = DEPTH_ZERO;
707       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
708
709       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
710                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
711                   : pos.gives_check(move, ci);
712
713       dangerous =   givesCheck
714                  || type_of(move) != NORMAL
715                  || pos.advanced_pawn_push(move);
716
717       // Step 12. Extend checks
718       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
719           extension = ONE_PLY;
720
721       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
722       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
723       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
724       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
725       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
726       if (    singularExtensionNode
727           &&  move == ttMove
728           && !extension
729           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
730       {
731           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
732           ss->excludedMove = move;
733           ss->skipEarlyPruning = true;
734           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
735           ss->skipEarlyPruning = false;
736           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
737
738           if (value < rBeta)
739               extension = ONE_PLY;
740       }
741
742       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
743       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
744
745       // Step 13. Pruning at shallow depth
746       if (   !captureOrPromotion
747           && !inCheck
748           && !dangerous
749           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
750       {
751           // Move count based pruning
752           if (   depth < 16 * ONE_PLY
753               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
754           {
755               if (SpNode)
756                   splitPoint->mutex.lock();
757
758               continue;
759           }
760
761           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
762
763           // Futility pruning: parent node
764           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
765           {
766               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
767                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
768
769               if (futilityValue <= alpha)
770               {
771                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
772
773                   if (SpNode)
774                   {
775                       splitPoint->mutex.lock();
776                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
777                           splitPoint->bestValue = bestValue;
778                   }
779                   continue;
780               }
781           }
782
783           // Prune moves with negative SEE at low depths
784           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
785           {
786               if (SpNode)
787                   splitPoint->mutex.lock();
788
789               continue;
790           }
791       }
792
793       // Speculative prefetch as early as possible
794       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
795
796       // Check for legality just before making the move
797       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
798       {
799           moveCount--;
800           continue;
801       }
802
803       ss->currentMove = move;
804       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
805           quietsSearched[quietCount++] = move;
806
807       // Step 14. Make the move
808       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
809
810       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
811       // re-searched at full depth.
812       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
813           &&  moveCount > 1
814           && !captureOrPromotion
815           &&  move != ss->killers[0]
816           &&  move != ss->killers[1])
817       {
818           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
819
820           if (   (!PvNode && cutNode)
821               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
822               ss->reduction += ONE_PLY;
823
824           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
825               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
826
827           // Decrease reduction for moves that escape a capture
828           if (   ss->reduction
829               && type_of(move) == NORMAL
830               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
831               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
832               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
833
834           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
835           if (SpNode)
836               alpha = splitPoint->alpha;
837
838           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
839
840           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
841           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
842           {
843               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
844               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
845           }
846
847           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
848           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
849       }
850       else
851           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
852
853       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
854       if (doFullDepthSearch)
855       {
856           if (SpNode)
857               alpha = splitPoint->alpha;
858
859           value = newDepth <   ONE_PLY ?
860                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
861                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
862                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
863       }
864
865       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
866       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
867       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
868       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
869       {
870           (ss+1)->pv = pv;
871           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
872
873           value = newDepth <   ONE_PLY ?
874                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
875                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
876                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
877       }
878
879       // Step 17. Undo move
880       pos.undo_move(move);
881
882       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
883
884       // Step 18. Check for new best move
885       if (SpNode)
886       {
887           splitPoint->mutex.lock();
888           bestValue = splitPoint->bestValue;
889           alpha = splitPoint->alpha;
890       }
891
892       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
893       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
894       // updating best move, PV and TT.
895       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
896           return VALUE_ZERO;
897
898       if (RootNode)
899       {
900           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
901
902           // PV move or new best move ?
903           if (moveCount == 1 || value > alpha)
904           {
905               rm.score = value;
906               rm.pv.resize(1);
907
908               assert((ss+1)->pv);
909
910               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
911                   rm.pv.push_back(*m);
912
913               // We record how often the best move has been changed in each
914               // iteration. This information is used for time management: When
915               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
916               if (moveCount > 1)
917                   ++BestMoveChanges;
918           }
919           else
920               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
921               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
922               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
923               rm.score = -VALUE_INFINITE;
924       }
925
926       if (value > bestValue)
927       {
928           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
929
930           if (value > alpha)
931           {
932               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
933
934               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
935                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
936
937               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
938                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
939               else
940               {
941                   assert(value >= beta); // Fail high
942
943                   if (SpNode)
944                       splitPoint->cutoff = true;
945
946                   break;
947               }
948           }
949       }
950
951       // Step 19. Check for splitting the search
952       if (   !SpNode
953           &&  Threads.size() >= 2
954           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
955           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
956                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
957           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
958       {
959           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
960
961           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
962                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
963
964           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
965               return VALUE_ZERO;
966
967           if (bestValue >= beta)
968               break;
969       }
970     }
971
972     if (SpNode)
973         return bestValue;
974
975     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
976     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
977     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
978     /*
979        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
980         return VALUE_DRAW;
981     */
982
983     // Step 20. Check for mate and stalemate
984     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
985     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
986     // return a fail low score.
987     if (!moveCount)
988         bestValue = excludedMove ? alpha
989                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
990
991     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
992     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
993         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
994
995     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
996               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
997               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
998               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
999
1000     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1001
1002     return bestValue;
1003   }
1004
1005
1006   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1007   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1008   // less than ONE_PLY).
1009
1010   template <NodeType NT, bool InCheck>
1011   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1012
1013     const bool PvNode = NT == PV;
1014
1015     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1016     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1017     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1018     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1019     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1020
1021     Move pv[MAX_PLY+1];
1022     StateInfo st;
1023     TTEntry* tte;
1024     Key posKey;
1025     Move ttMove, move, bestMove;
1026     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1027     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1028     Depth ttDepth;
1029
1030     if (PvNode)
1031     {
1032         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1033         (ss+1)->pv = pv;
1034         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1035     }
1036
1037     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1038     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1039
1040     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1041     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1042         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1043
1044     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1045
1046     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1047     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1048     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1049     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1050                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1051
1052     // Transposition table lookup
1053     posKey = pos.key();
1054     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1055     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1056     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1057
1058     if (  !PvNode
1059         && ttHit
1060         && tte->depth() >= ttDepth
1061         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1062         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1063                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1064     {
1065         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1066         return ttValue;
1067     }
1068
1069     // Evaluate the position statically
1070     if (InCheck)
1071     {
1072         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1073         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1074     }
1075     else
1076     {
1077         if (ttHit)
1078         {
1079             // Never assume anything on values stored in TT
1080             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1081                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1082
1083             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1084             if (ttValue != VALUE_NONE)
1085                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1086                     bestValue = ttValue;
1087         }
1088         else
1089             ss->staticEval = bestValue =
1090             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1091
1092         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1093         if (bestValue >= beta)
1094         {
1095             if (!ttHit)
1096                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1097                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1098
1099             return bestValue;
1100         }
1101
1102         if (PvNode && bestValue > alpha)
1103             alpha = bestValue;
1104
1105         futilityBase = bestValue + 128;
1106     }
1107
1108     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1109     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1110     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1111     // be generated.
1112     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1113     CheckInfo ci(pos);
1114
1115     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1116     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1117     {
1118       assert(is_ok(move));
1119
1120       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1121                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1122                   : pos.gives_check(move, ci);
1123
1124       // Futility pruning
1125       if (   !InCheck
1126           && !givesCheck
1127           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1128           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1129       {
1130           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1131
1132           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1133
1134           if (futilityValue <= alpha)
1135           {
1136               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1137               continue;
1138           }
1139
1140           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1141           {
1142               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1143               continue;
1144           }
1145       }
1146
1147       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1148       evasionPrunable =    InCheck
1149                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1150                        && !pos.capture(move)
1151                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1152
1153       // Don't search moves with negative SEE values
1154       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1155           &&  type_of(move) != PROMOTION
1156           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1157           continue;
1158
1159       // Speculative prefetch as early as possible
1160       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1161
1162       // Check for legality just before making the move
1163       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1164           continue;
1165
1166       ss->currentMove = move;
1167
1168       // Make and search the move
1169       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1170       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1171                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1172       pos.undo_move(move);
1173
1174       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1175
1176       // Check for new best move
1177       if (value > bestValue)
1178       {
1179           bestValue = value;
1180
1181           if (value > alpha)
1182           {
1183               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1184                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1185
1186               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1187               {
1188                   alpha = value;
1189                   bestMove = move;
1190               }
1191               else // Fail high
1192               {
1193                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1194                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1195
1196                   return value;
1197               }
1198           }
1199        }
1200     }
1201
1202     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1203     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1204     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1205         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1206
1207     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1208               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1209               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1210
1211     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1212
1213     return bestValue;
1214   }
1215
1216
1217   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1218   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1219   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1220
1221   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1222
1223     assert(v != VALUE_NONE);
1224
1225     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1226           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1227   }
1228
1229
1230   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1231   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1232   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1233
1234   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1235
1236     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1237           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1238           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1239   }
1240
1241
1242   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1243
1244   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1245
1246     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1247         *pv++ = *childPv++;
1248     *pv = MOVE_NONE;
1249   }
1250
1251   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1252   // of a quiet move.
1253
1254   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1255
1256     if (ss->killers[0] != move)
1257     {
1258         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1259         ss->killers[0] = move;
1260     }
1261
1262     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1263     // played quiet moves.
1264     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1265     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1266     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1267     {
1268         Move m = quiets[i];
1269         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1270     }
1271
1272     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1273     {
1274         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1275         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1276     }
1277
1278     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1279     {
1280         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1281         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1282     }
1283   }
1284
1285
1286   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1287   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1288
1289   Move Skill::pick_move() {
1290
1291     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1292     static PRNG rng(Time::now());
1293
1294     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1295     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1296     int weakness = 120 - 2 * level;
1297     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1298     best = MOVE_NONE;
1299
1300     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1301     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1302     // then we choose the move with the resulting highest score.
1303     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1304     {
1305         int score = RootMoves[i].score;
1306
1307         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1308         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > score + 2 * PawnValueMg)
1309             break;
1310
1311         // This is our magic formula
1312         score += (  weakness * int(RootMoves[0].score - score)
1313                   + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1314
1315         if (score > maxScore)
1316         {
1317             maxScore = score;
1318             best = RootMoves[i].pv[0];
1319         }
1320     }
1321     return best;
1322   }
1323
1324
1325   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1326   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1327   // search score.
1328
1329   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1330
1331     std::stringstream ss;
1332     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1333     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1334     int selDepth = 0;
1335
1336     for (Thread* th : Threads)
1337         if (th->maxPly > selDepth)
1338             selDepth = th->maxPly;
1339
1340     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1341     {
1342         bool updated = (i <= PVIdx);
1343
1344         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1345             continue;
1346
1347         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1348         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1349
1350         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1351             ss << "\n";
1352
1353         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1354            << " seldepth "  << selDepth
1355            << " multipv "   << i + 1
1356            << " score "     << UCI::value(v);
1357
1358         if (i == PVIdx)
1359               ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1360
1361         ss << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1362            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1363            << " time "      << elapsed
1364            << " pv";
1365
1366         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1367             ss << " " << UCI::move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1368     }
1369
1370     return ss.str();
1371   }
1372
1373 } // namespace
1374
1375
1376 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1377 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1378 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1379
1380 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1381
1382   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1383   size_t idx = 0;
1384
1385   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1386   {
1387       bool ttHit;
1388       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1389
1390       if (!ttHit || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1391           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE, TT.generation());
1392
1393       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1394
1395       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1396   }
1397
1398   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1399 }
1400
1401
1402 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1403
1404 void Thread::idle_loop() {
1405
1406   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1407   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1408   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : nullptr;
1409
1410   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1411
1412   while (!exit)
1413   {
1414       // If this thread has been assigned work, launch a search
1415       while (searching)
1416       {
1417           Threads.mutex.lock();
1418
1419           assert(activeSplitPoint);
1420           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1421
1422           Threads.mutex.unlock();
1423
1424           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1425           Position pos(*sp->pos, this);
1426
1427           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1428           ss->splitPoint = sp;
1429
1430           sp->mutex.lock();
1431
1432           assert(activePosition == nullptr);
1433
1434           activePosition = &pos;
1435
1436           if (sp->nodeType == NonPV)
1437               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1438
1439           else if (sp->nodeType == PV)
1440               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1441
1442           else if (sp->nodeType == Root)
1443               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1444
1445           else
1446               assert(false);
1447
1448           assert(searching);
1449
1450           searching = false;
1451           activePosition = nullptr;
1452           sp->slavesMask.reset(idx);
1453           sp->allSlavesSearching = false;
1454           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1455
1456           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1457           // loop in case we are the last slave of the split point.
1458           if (    this != sp->masterThread
1459               &&  sp->slavesMask.none())
1460           {
1461               assert(!sp->masterThread->searching);
1462               sp->masterThread->notify_one();
1463           }
1464
1465           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1466           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1467           // the sp master.
1468           sp->mutex.unlock();
1469
1470           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1471           // already finished.
1472           if (Threads.size() > 2)
1473               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1474               {
1475                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1476                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1477
1478                   if (   sp
1479                       && sp->allSlavesSearching
1480                       && available_to(Threads[i]))
1481                   {
1482                       // Recheck the conditions under lock protection
1483                       Threads.mutex.lock();
1484                       sp->mutex.lock();
1485
1486                       if (   sp->allSlavesSearching
1487                           && available_to(Threads[i]))
1488                       {
1489                            sp->slavesMask.set(idx);
1490                            activeSplitPoint = sp;
1491                            searching = true;
1492                       }
1493
1494                       sp->mutex.unlock();
1495                       Threads.mutex.unlock();
1496
1497                       break; // Just a single attempt
1498                   }
1499               }
1500       }
1501
1502       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1503       std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
1504
1505       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1506       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1507       {
1508           assert(!searching);
1509           break;
1510       }
1511
1512       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1513       // wasting CPU time polling for work.
1514       if (!searching && !exit)
1515           sleepCondition.wait(lk);
1516   }
1517 }
1518
1519
1520 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1521 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1522 /// available time and thus stop the search.
1523
1524 void check_time() {
1525
1526   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1527   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1528
1529   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1530   {
1531       lastInfoTime = Time::now();
1532       dbg_print();
1533   }
1534
1535   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1536   if (Limits.ponder)
1537       return;
1538
1539   if (Limits.use_time_management())
1540   {
1541       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1542                              && !Signals.failedLowAtRoot
1543                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1544
1545       if (   stillAtFirstMove
1546           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1547           Signals.stop = true;
1548   }
1549   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1550       Signals.stop = true;
1551
1552   else if (Limits.nodes)
1553   {
1554       Threads.mutex.lock();
1555
1556       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1557
1558       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1559       // all the currently active positions nodes.
1560       for (Thread* th : Threads)
1561           for (int i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1562           {
1563               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1564
1565               sp.mutex.lock();
1566
1567               nodes += sp.nodes;
1568
1569               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1570                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1571                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1572
1573               sp.mutex.unlock();
1574           }
1575
1576       Threads.mutex.unlock();
1577
1578       if (nodes >= Limits.nodes)
1579           Signals.stop = true;
1580   }
1581 }