Fix out-of-bound array access printing ponder move
[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 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> 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 == 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 (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
158   {
159       if (Root && depth <= ONE_PLY)
160           cnt = 1, nodes++;
161       else
162       {
163           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
164           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
165           nodes += cnt;
166           pos.undo_move(*it);
167       }
168       if (Root)
169           sync_cout << UCI::format_move(*it, 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.game_ply(), RootPos.side_to_move());
184
185   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
186   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
187   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
188
189   if (RootMoves.empty())
190   {
191       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
192       sync_cout << "info depth 0 score "
193                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
194                 << sync_endl;
195   }
196   else
197   {
198       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
199           Threads[i]->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::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
221
222   if (RootMoves[0].pv.size() > 1)
223       std::cout << " ponder " << UCI::format_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 (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
270             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].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].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
280                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + 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     const TTEntry *tte;
404     SplitPoint* splitPoint;
405     Key posKey;
406     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
407     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
408     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
409     bool 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 = NULL;
423         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
424         ttValue = VALUE_NONE;
425
426         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
427
428         goto moves_loop;
429     }
430
431     moveCount = quietCount = 0;
432     bestValue = -VALUE_INFINITE;
433     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
434
435     // Used to send selDepth info to GUI
436     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
437         thisThread->maxPly = ss->ply;
438
439     if (!RootNode)
440     {
441         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
442         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
443             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
444
445         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
446         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
447         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
448         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
449         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
450         // mate. In this case return a fail-high score.
451         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
452         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
453         if (alpha >= beta)
454             return alpha;
455     }
456
457     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
458
459     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
460     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
461     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
462
463     // Step 4. Transposition table lookup
464     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
465     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
466     excludedMove = ss->excludedMove;
467     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
468     tte = TT.probe(posKey);
469     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
470     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
471
472     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
473     if (  !PvNode
474         && tte
475         && tte->depth() >= depth
476         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
477         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
478                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
479     {
480         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
481
482         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
483         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
484             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
485
486         return ttValue;
487     }
488
489     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
490     if (inCheck)
491     {
492         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
493         goto moves_loop;
494     }
495
496     else if (tte)
497     {
498         // Never assume anything on values stored in TT
499         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
500             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
501
502         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
503         if (ttValue != VALUE_NONE)
504             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
505                 eval = ttValue;
506     }
507     else
508     {
509         eval = ss->staticEval =
510         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
511
512         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
513     }
514
515     if (   !pos.captured_piece_type()
516         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
517         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
518         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
519         &&  move != MOVE_NONE
520         &&  type_of(move) == NORMAL)
521     {
522         Square to = to_sq(move);
523         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
524     }
525
526     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
527     if (   !PvNode
528         &&  depth < 4 * ONE_PLY
529         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
530         &&  ttMove == MOVE_NONE
531         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
532     {
533         if (   depth <= ONE_PLY
534             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
535             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
536
537         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
538         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
539         if (v <= ralpha)
540             return v;
541     }
542
543     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
544     if (   !PvNode
545         && !ss->skipNullMove
546         &&  depth < 7 * ONE_PLY
547         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
548         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
549         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
550         return eval - futility_margin(depth);
551
552     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
553     if (   !PvNode
554         && !ss->skipNullMove
555         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
556         &&  eval >= beta
557         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
558     {
559         ss->currentMove = MOVE_NULL;
560
561         assert(eval - beta >= 0);
562
563         // Null move dynamic reduction based on depth and value
564         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
565
566         pos.do_null_move(st);
567         (ss+1)->skipNullMove = true;
568         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
569                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
570         (ss+1)->skipNullMove = false;
571         pos.undo_null_move();
572
573         if (nullValue >= beta)
574         {
575             // Do not return unproven mate scores
576             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
577                 nullValue = beta;
578
579             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
580                 return nullValue;
581
582             // Do verification search at high depths
583             ss->skipNullMove = true;
584             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
585                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
586             ss->skipNullMove = false;
587
588             if (v >= beta)
589                 return nullValue;
590         }
591     }
592
593     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
594     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
595     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
596     // prune the previous move.
597     if (   !PvNode
598         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
599         && !ss->skipNullMove
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
601     {
602         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
603         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
604
605         assert(rdepth >= ONE_PLY);
606         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
607         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
608
609         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
610         CheckInfo ci(pos);
611
612         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
613             if (pos.legal(move, ci.pinned))
614             {
615                 ss->currentMove = move;
616                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
617                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
618                 pos.undo_move(move);
619                 if (value >= rbeta)
620                     return value;
621             }
622     }
623
624     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
625     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
626         && !ttMove
627         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
628     {
629         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
630         ss->skipNullMove = true;
631         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
632         ss->skipNullMove = false;
633
634         tte = TT.probe(posKey);
635         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
636     }
637
638 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
639
640     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
641     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
642                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
643
644     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
645     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
646                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
647
648     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
649     CheckInfo ci(pos);
650     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
651     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
652                || ss->staticEval == VALUE_NONE
653                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
654
655     singularExtensionNode =   !RootNode
656                            && !SpNode
657                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
658                            &&  ttMove != MOVE_NONE
659                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
660                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
661                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
662                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
663                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
664
665     // Step 11. Loop through moves
666     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
667     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
668     {
669       assert(is_ok(move));
670
671       if (move == excludedMove)
672           continue;
673
674       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
675       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
676       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
677       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
678           continue;
679
680       if (SpNode)
681       {
682           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
683           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
684               continue;
685
686           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
687           splitPoint->mutex.unlock();
688       }
689       else
690           ++moveCount;
691
692       if (RootNode)
693       {
694           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
695
696           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
697               sync_cout << "info depth " << depth
698                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
699                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
700       }
701
702       if (PvNode)
703           (ss+1)->pv = NULL;
704
705       ext = DEPTH_ZERO;
706       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
707
708       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
709                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
710                   : pos.gives_check(move, ci);
711
712       dangerous =   givesCheck
713                  || type_of(move) != NORMAL
714                  || pos.advanced_pawn_push(move);
715
716       // Step 12. Extend checks
717       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
718           ext = ONE_PLY;
719
720       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
721       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
722       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
723       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
724       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
725       if (    singularExtensionNode
726           &&  move == ttMove
727           && !ext
728           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
729       {
730           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
731           ss->excludedMove = move;
732           ss->skipNullMove = true;
733           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
734           ss->skipNullMove = false;
735           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
736
737           if (value < rBeta)
738               ext = ONE_PLY;
739       }
740
741       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
742       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
743
744       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
745       if (   !PvNode
746           && !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)] < 0)
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))) < 0)
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     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
996              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
997              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
998              depth, bestMove, ss->staticEval);
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     const TTEntry* tte;
1024     Key posKey;
1025     Move ttMove, move, bestMove;
1026     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1027     bool 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);
1055     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1056     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1057
1058     if (  !PvNode
1059         && tte
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 (tte)
1078         {
1079             // Never assume anything on values stored in TT
1080             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == 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 (!tte)
1096                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1097                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
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 (   !PvNode
1126           && !InCheck
1127           && !givesCheck
1128           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1129           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1130       {
1131           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1132
1133           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1134
1135           if (futilityValue < beta)
1136           {
1137               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1138               continue;
1139           }
1140
1141           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1142           {
1143               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1144               continue;
1145           }
1146       }
1147
1148       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1149       evasionPrunable =    InCheck
1150                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1151                        && !pos.capture(move)
1152                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1153
1154       // Don't search moves with negative SEE values
1155       if (   !PvNode
1156           && (!InCheck || evasionPrunable)
1157           &&  type_of(move) != PROMOTION
1158           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1159           continue;
1160
1161       // Speculative prefetch as early as possible
1162       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1163
1164       // Check for legality just before making the move
1165       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1166           continue;
1167
1168       ss->currentMove = move;
1169
1170       // Make and search the move
1171       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1172       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1173                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1174       pos.undo_move(move);
1175
1176       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1177
1178       // Check for new best move
1179       if (value > bestValue)
1180       {
1181           bestValue = value;
1182
1183           if (value > alpha)
1184           {
1185               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1186                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1187
1188               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1189               {
1190                   alpha = value;
1191                   bestMove = move;
1192               }
1193               else // Fail high
1194               {
1195                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1196                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1197
1198                   return value;
1199               }
1200           }
1201        }
1202     }
1203
1204     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1205     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1206     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1207         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1208
1209     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1210              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1211              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1212
1213     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1214
1215     return bestValue;
1216   }
1217
1218
1219   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1220   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1221   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1222
1223   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1224
1225     assert(v != VALUE_NONE);
1226
1227     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1228           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1229   }
1230
1231
1232   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1233   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1234   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1235
1236   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1237
1238     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1239           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1240           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1241   }
1242
1243
1244   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1245
1246   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1247
1248     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1249         *pv++ = *childPv++;
1250     *pv = MOVE_NONE;
1251   }
1252
1253   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1254   // of a quiet move.
1255
1256   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1257
1258     if (ss->killers[0] != move)
1259     {
1260         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1261         ss->killers[0] = move;
1262     }
1263
1264     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1265     // played quiet moves.
1266     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1267     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1268     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1269     {
1270         Move m = quiets[i];
1271         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1272     }
1273
1274     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1275     {
1276         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1277         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1278     }
1279
1280     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1281     {
1282         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1283         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1284     }
1285   }
1286
1287
1288   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1289   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1290
1291   Move Skill::pick_move() {
1292
1293     static RKISS rk;
1294
1295     // PRNG sequence should be not deterministic
1296     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1297         rk.rand<unsigned>();
1298
1299     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1300     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1301     int weakness = 120 - 2 * level;
1302     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1303     best = MOVE_NONE;
1304
1305     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1306     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1307     // then we choose the move with the resulting highest score.
1308     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1309     {
1310         int s = RootMoves[i].score;
1311
1312         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1313         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1314             break;
1315
1316         // This is our magic formula
1317         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1318               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1319
1320         if (s > max_s)
1321         {
1322             max_s = s;
1323             best = RootMoves[i].pv[0];
1324         }
1325     }
1326     return best;
1327   }
1328
1329
1330   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1331   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1332   // search score.
1333
1334   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1335
1336     std::stringstream ss;
1337     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1338     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1339     int selDepth = 0;
1340
1341     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1342         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1343             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1344
1345     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1346     {
1347         bool updated = (i <= PVIdx);
1348
1349         if (depth == 1 && !updated)
1350             continue;
1351
1352         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1353         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1354
1355         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1356             ss << "\n";
1357
1358         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1359            << " seldepth "  << selDepth
1360            << " multipv "   << i + 1
1361            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1362            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1363            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1364            << " time "      << elapsed
1365            << " pv";
1366
1367         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1368             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1369     }
1370
1371     return ss.str();
1372   }
1373
1374 } // namespace
1375
1376
1377 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1378 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1379 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1380
1381 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1382
1383   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1384   const TTEntry* tte;
1385   size_t idx = 0;
1386
1387   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1388   {
1389       tte = TT.probe(pos.key());
1390
1391       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1392           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1393
1394       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1395
1396       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1397   }
1398
1399   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1400 }
1401
1402
1403 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1404
1405 void Thread::idle_loop() {
1406
1407   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1408   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1409   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1410
1411   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1412
1413   while (!exit)
1414   {
1415       // If this thread has been assigned work, launch a search
1416       while (searching)
1417       {
1418           Threads.mutex.lock();
1419
1420           assert(activeSplitPoint);
1421           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1422
1423           Threads.mutex.unlock();
1424
1425           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1426           Position pos(*sp->pos, this);
1427
1428           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1429           ss->splitPoint = sp;
1430
1431           sp->mutex.lock();
1432
1433           assert(activePosition == NULL);
1434
1435           activePosition = &pos;
1436
1437           if (sp->nodeType == NonPV)
1438               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1439
1440           else if (sp->nodeType == PV)
1441               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1442
1443           else if (sp->nodeType == Root)
1444               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1445
1446           else
1447               assert(false);
1448
1449           assert(searching);
1450
1451           searching = false;
1452           activePosition = NULL;
1453           sp->slavesMask.reset(idx);
1454           sp->allSlavesSearching = false;
1455           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1456
1457           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1458           // loop in case we are the last slave of the split point.
1459           if (    this != sp->masterThread
1460               &&  sp->slavesMask.none())
1461           {
1462               assert(!sp->masterThread->searching);
1463               sp->masterThread->notify_one();
1464           }
1465
1466           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1467           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1468           // the sp master.
1469           sp->mutex.unlock();
1470
1471           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1472           // already finished.
1473           if (Threads.size() > 2)
1474               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1475               {
1476                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1477                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1478
1479                   if (   sp
1480                       && sp->allSlavesSearching
1481                       && available_to(Threads[i]))
1482                   {
1483                       // Recheck the conditions under lock protection
1484                       Threads.mutex.lock();
1485                       sp->mutex.lock();
1486
1487                       if (   sp->allSlavesSearching
1488                           && available_to(Threads[i]))
1489                       {
1490                            sp->slavesMask.set(idx);
1491                            activeSplitPoint = sp;
1492                            searching = true;
1493                       }
1494
1495                       sp->mutex.unlock();
1496                       Threads.mutex.unlock();
1497
1498                       break; // Just a single attempt
1499                   }
1500               }
1501       }
1502
1503       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1504       mutex.lock();
1505
1506       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1507       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1508       {
1509           assert(!searching);
1510           mutex.unlock();
1511           break;
1512       }
1513
1514       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1515       // wasting CPU time polling for work.
1516       if (!searching && !exit)
1517           sleepCondition.wait(mutex);
1518
1519       mutex.unlock();
1520   }
1521 }
1522
1523
1524 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1525 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1526 /// available time and thus stop the search.
1527
1528 void check_time() {
1529
1530   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1531   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1532
1533   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1534   {
1535       lastInfoTime = Time::now();
1536       dbg_print();
1537   }
1538
1539   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1540   if (Limits.ponder)
1541       return;
1542
1543   if (Limits.use_time_management())
1544   {
1545       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1546                              && !Signals.failedLowAtRoot
1547                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1548
1549       if (   stillAtFirstMove
1550           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1551           Signals.stop = true;
1552   }
1553   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1554       Signals.stop = true;
1555
1556   else if (Limits.nodes)
1557   {
1558       Threads.mutex.lock();
1559
1560       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1561
1562       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1563       // all the currently active positions nodes.
1564       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1565           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1566           {
1567               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1568
1569               sp.mutex.lock();
1570
1571               nodes += sp.nodes;
1572
1573               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1574                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1575                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1576
1577               sp.mutex.unlock();
1578           }
1579
1580       Threads.mutex.unlock();
1581
1582       if (nodes >= Limits.nodes)
1583           Signals.stop = true;
1584   }
1585 }