Remove 'update gains' hack
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // Different node types, used as template parameter
59   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
60
61   // Dynamic razoring margin based on depth
62   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
63
64   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
65   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
66
67   inline Value futility_margin(Depth d) {
68     return Value(100 * d);
69   }
70
71   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
72   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75
76     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   size_t MultiPV, PVIdx;
80   TimeManager TimeMgr;
81   double BestMoveChanges;
82   Value DrawValue[COLOR_NB];
83   HistoryStats History;
84   GainsStats Gains;
85   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
86
87   template <NodeType NT, bool SpNode>
88   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
89
90   template <NodeType NT, bool InCheck>
91   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
92
93   void id_loop(Position& pos);
94   Value value_to_tt(Value v, int ply);
95   Value value_from_tt(Value v, int ply);
96   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
97   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
98
99   struct Skill {
100     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
101    ~Skill() {
102       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
103           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
104                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
105     }
106
107     bool enabled() const { return level < 20; }
108     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
109     Move pick_move();
110
111     int level;
112     Move best;
113   };
114
115 } // namespace
116
117
118 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
119
120 void Search::init() {
121
122   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
123   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
124   int mc; // moveCount
125
126   // Init reductions array
127   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
128   {
129       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
130       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
131       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
132       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
133
134       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
135       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
136
137       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
139
140       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
142   }
143
144   // Init futility move count array
145   for (d = 0; d < 32; ++d)
146   {
147       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
148       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
149   }
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   uint64_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
173   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
174 }
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
183
184   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
185   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
186   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["Write Search Log"])
199   {
200       Log log(Options["Search Log Filename"]);
201       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
202           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
203           << " ponder: "      << Limits.ponder
204           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
205           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
206           << " moves to go: " << Limits.movestogo
207           << "\n" << std::endl;
208   }
209
210   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
211   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
212       Threads[i]->maxPly = 0;
213
214   Threads.timer->run = true;
215   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
216
217   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
218
219   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
220
221   if (Options["Write Search Log"])
222   {
223       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
224
225       Log log(Options["Search Log Filename"]);
226       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
227           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
228           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
229
230       StateInfo st;
231       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
232       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
233       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
234   }
235
236 finalize:
237
238   // When search is stopped this info is not printed
239   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
240             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
241
242   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
243   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
244   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
245   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
246   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
247   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
248   {
249       Signals.stopOnPonderhit = true;
250       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
251   }
252
253   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
254   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
255             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
256             << sync_endl;
257 }
258
259
260 namespace {
261
262   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
263   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
264   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
265
266   void id_loop(Position& pos) {
267
268     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
269     int depth;
270     Value bestValue, alpha, beta, delta;
271
272     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
273
274     depth = 0;
275     BestMoveChanges = 0;
276     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
277     beta = VALUE_INFINITE;
278
279     TT.new_search();
280     History.clear();
281     Gains.clear();
282     Countermoves.clear();
283     Followupmoves.clear();
284
285     MultiPV = Options["MultiPV"];
286     Skill skill(Options["Skill Level"]);
287
288     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
289     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
290     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
291         MultiPV = 4;
292
293     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
294
295     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
296     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
297     {
298         // Age out PV variability metric
299         BestMoveChanges *= 0.5;
300
301         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
302         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
303         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
304             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
305
306         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
307         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
308         {
309             // Reset aspiration window starting size
310             if (depth >= 5)
311             {
312                 delta = Value(16);
313                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
314                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
315             }
316
317             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
318             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
319             // high/low anymore.
320             while (true)
321             {
322                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
323
324                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
325                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
326                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
327                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
328                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
329                 // search the already searched PV lines are preserved.
330                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
331
332                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
333                 // entries have been overwritten during the search.
334                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
335                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
336
337                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
338                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
339                 // valid, although it refers to previous iteration.
340                 if (Signals.stop)
341                     break;
342
343                 // When failing high/low give some update (without cluttering
344                 // the UI) before a re-search.
345                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
346                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
347                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
348
349                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
350                 // re-search, otherwise exit the loop.
351                 if (bestValue <= alpha)
352                 {
353                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
354
355                     Signals.failedLowAtRoot = true;
356                     Signals.stopOnPonderhit = false;
357                 }
358                 else if (bestValue >= beta)
359                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
360
361                 else
362                     break;
363
364                 delta += delta / 2;
365
366                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
367             }
368
369             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
370             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
371
372             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
373                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
374         }
375
376         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
377         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
378             skill.pick_move();
379
380         if (Options["Write Search Log"])
381         {
382             RootMove& rm = RootMoves[0];
383             if (skill.best != MOVE_NONE)
384                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
385
386             Log log(Options["Search Log Filename"]);
387             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
388                 << std::endl;
389         }
390
391         // Have we found a "mate in x"?
392         if (   Limits.mate
393             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
394             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
395             Signals.stop = true;
396
397         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
398         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
399         {
400             // Take some extra time if the best move has changed
401             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
402                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
403
404             // Stop the search if only one legal move is available or all
405             // of the available time has been used.
406             if (   RootMoves.size() == 1
407                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
408             {
409                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
410                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
411                 if (Limits.ponder)
412                     Signals.stopOnPonderhit = true;
413                 else
414                     Signals.stop = true;
415             }
416         }
417     }
418   }
419
420
421   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
422   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
423   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
424   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
425   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
426   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
427
428   template <NodeType NT, bool SpNode>
429   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
430
431     const bool RootNode = NT == Root;
432     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
433
434     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
435     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
436     assert(depth > DEPTH_ZERO);
437
438     Move quietsSearched[64];
439     StateInfo st;
440     const TTEntry *tte;
441     SplitPoint* splitPoint;
442     Key posKey;
443     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
444     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
445     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
446     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
447     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
448     int moveCount, quietCount;
449
450     // Step 1. Initialize node
451     Thread* thisThread = pos.this_thread();
452     inCheck = pos.checkers();
453
454     if (SpNode)
455     {
456         splitPoint = ss->splitPoint;
457         bestMove   = splitPoint->bestMove;
458         bestValue  = splitPoint->bestValue;
459         tte = NULL;
460         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
461         ttValue = VALUE_NONE;
462
463         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
464
465         goto moves_loop;
466     }
467
468     moveCount = quietCount = 0;
469     bestValue = -VALUE_INFINITE;
470     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
471     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
472     (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
473     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
474
475     // Used to send selDepth info to GUI
476     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
477         thisThread->maxPly = ss->ply;
478
479     if (!RootNode)
480     {
481         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
482         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
483             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
484
485         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
486         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
487         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
488         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
489         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
490         // mate. In this case return a fail-high score.
491         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
492         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
493         if (alpha >= beta)
494             return alpha;
495     }
496
497     // Step 4. Transposition table lookup
498     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
499     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
500     excludedMove = ss->excludedMove;
501     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
502     tte = TT.probe(posKey);
503     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
504     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
505
506     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
507     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
508     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
509     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
510     if (   !RootNode
511         && tte
512         && tte->depth() >= depth
513         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
514         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
515             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
516                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
517     {
518         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
519
520         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
521         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
522             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
523
524         return ttValue;
525     }
526
527     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
528     if (inCheck)
529     {
530         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
531         goto moves_loop;
532     }
533
534     else if (tte)
535     {
536         // Never assume anything on values stored in TT
537         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
538             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
539
540         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
541         if (ttValue != VALUE_NONE)
542             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
543                 eval = ttValue;
544     }
545     else
546     {
547         eval = ss->staticEval = ss->nullChild ? -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo : evaluate(pos);
548         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
549     }
550
551     if (   !pos.captured_piece_type()
552         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
553         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
554         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
555         &&  move != MOVE_NONE
556         &&  type_of(move) == NORMAL)
557     {
558         Square to = to_sq(move);
559         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
560     }
561
562     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
563     if (   !PvNode
564         &&  depth < 4 * ONE_PLY
565         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
566         &&  ttMove == MOVE_NONE
567         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
568         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
569     {
570         if (   depth <= ONE_PLY
571             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
572             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
573
574         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
575         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
576         if (v <= ralpha)
577             return v;
578     }
579
580     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
581     if (   !PvNode
582         && !ss->skipNullMove
583         &&  depth < 7 * ONE_PLY
584         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
585         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
586         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
587         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
588         return eval - futility_margin(depth);
589
590     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
591     if (   !PvNode
592         && !ss->skipNullMove
593         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
594         &&  eval >= beta
595         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
596         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
597     {
598         ss->currentMove = MOVE_NULL;
599
600         assert(eval - beta >= 0);
601
602         // Null move dynamic reduction based on depth and value
603         Depth R =  3 * ONE_PLY
604                  + depth / 4
605                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
606
607         pos.do_null_move(st);
608         (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = true;
609         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
610                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
611         (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = false;
612         pos.undo_null_move();
613
614         if (nullValue >= beta)
615         {
616             // Do not return unproven mate scores
617             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
618                 nullValue = beta;
619
620             if (depth < 12 * ONE_PLY)
621                 return nullValue;
622
623             // Do verification search at high depths
624             ss->skipNullMove = true;
625             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
626                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
627             ss->skipNullMove = false;
628
629             if (v >= beta)
630                 return nullValue;
631         }
632     }
633
634     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
635     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
636     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
637     // prune the previous move.
638     if (   !PvNode
639         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
640         && !ss->skipNullMove
641         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
642     {
643         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
644         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
645
646         assert(rdepth >= ONE_PLY);
647         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
648         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
649
650         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
651         CheckInfo ci(pos);
652
653         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
654             if (pos.legal(move, ci.pinned))
655             {
656                 ss->currentMove = move;
657                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
658                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
659                 pos.undo_move(move);
660                 if (value >= rbeta)
661                     return value;
662             }
663     }
664
665     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
666     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
667         && !ttMove
668         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
669     {
670         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
671
672         ss->skipNullMove = true;
673         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
674         ss->skipNullMove = false;
675
676         tte = TT.probe(posKey);
677         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
678     }
679
680 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
681
682     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
683     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
684                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
685
686     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
687     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
688                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
689
690     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
691     CheckInfo ci(pos);
692     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
693     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
694                || ss->staticEval == VALUE_NONE
695                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
696
697     singularExtensionNode =   !RootNode
698                            && !SpNode
699                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
700                            &&  ttMove != MOVE_NONE
701                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
702                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
703                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
704
705     // Step 11. Loop through moves
706     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
707     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
708     {
709       assert(is_ok(move));
710
711       if (move == excludedMove)
712           continue;
713
714       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
715       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
716       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
717       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
718           continue;
719
720       if (SpNode)
721       {
722           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
723           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
724               continue;
725
726           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
727           splitPoint->mutex.unlock();
728       }
729       else
730           ++moveCount;
731
732       if (RootNode)
733       {
734           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
735
736           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
737               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
738                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
739                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
740       }
741
742       ext = DEPTH_ZERO;
743       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
744
745       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
746                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
747                   : pos.gives_check(move, ci);
748
749       dangerous =   givesCheck
750                  || type_of(move) != NORMAL
751                  || pos.advanced_pawn_push(move);
752
753       // Step 12. Extend checks
754       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
755           ext = ONE_PLY;
756
757       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
758       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
759       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
760       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
761       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
762       if (    singularExtensionNode
763           &&  move == ttMove
764           && !ext
765           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
766           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
767       {
768           assert(ttValue != VALUE_NONE);
769
770           Value rBeta = ttValue - int(depth);
771           ss->excludedMove = move;
772           ss->skipNullMove = true;
773           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
774           ss->skipNullMove = false;
775           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
776
777           if (value < rBeta)
778               ext = ONE_PLY;
779       }
780
781       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
782       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
783
784       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
785       if (   !PvNode
786           && !captureOrPromotion
787           && !inCheck
788           && !dangerous
789        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
790           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
791       {
792           // Move count based pruning
793           if (   depth < 16 * ONE_PLY
794               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
795           {
796               if (SpNode)
797                   splitPoint->mutex.lock();
798
799               continue;
800           }
801
802           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
803
804           // Futility pruning: parent node
805           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
806           {
807               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
808                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
809
810               if (futilityValue <= alpha)
811               {
812                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
813
814                   if (SpNode)
815                   {
816                       splitPoint->mutex.lock();
817                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
818                           splitPoint->bestValue = bestValue;
819                   }
820                   continue;
821               }
822           }
823
824           // Prune moves with negative SEE at low depths
825           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
826           {
827               if (SpNode)
828                   splitPoint->mutex.lock();
829
830               continue;
831           }
832       }
833
834       // Check for legality just before making the move
835       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
836       {
837           moveCount--;
838           continue;
839       }
840
841       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
842       ss->currentMove = move;
843       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
844           quietsSearched[quietCount++] = move;
845
846       // Step 14. Make the move
847       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
848
849       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
850       // re-searched at full depth.
851       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
852           && !pvMove
853           && !captureOrPromotion
854           &&  move != ttMove
855           &&  move != ss->killers[0]
856           &&  move != ss->killers[1])
857       {
858           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
859
860           if (!PvNode && cutNode)
861               ss->reduction += ONE_PLY;
862
863           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
864               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
865
866           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
867               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
868
869           // Decrease reduction for moves that escape a capture
870           if (   ss->reduction
871               && type_of(move) == NORMAL
872               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
873               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
874               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
875
876           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
877           if (SpNode)
878               alpha = splitPoint->alpha;
879
880           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
881
882           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
883           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
884           {
885               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
886               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
887           }
888
889           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
890           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
891       }
892       else
893           doFullDepthSearch = !pvMove;
894
895       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
896       if (doFullDepthSearch)
897       {
898           if (SpNode)
899               alpha = splitPoint->alpha;
900
901           value = newDepth < ONE_PLY ?
902                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
903                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
904                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
905       }
906
907       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
908       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
909       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
910       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
911           value = newDepth < ONE_PLY ?
912                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
913                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
914                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
915       // Step 17. Undo move
916       pos.undo_move(move);
917
918       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
919
920       // Step 18. Check for new best move
921       if (SpNode)
922       {
923           splitPoint->mutex.lock();
924           bestValue = splitPoint->bestValue;
925           alpha = splitPoint->alpha;
926       }
927
928       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
929       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
930       // updating best move, PV and TT.
931       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
932           return VALUE_ZERO;
933
934       if (RootNode)
935       {
936           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
937
938           // PV move or new best move ?
939           if (pvMove || value > alpha)
940           {
941               rm.score = value;
942               rm.extract_pv_from_tt(pos);
943
944               // We record how often the best move has been changed in each
945               // iteration. This information is used for time management: When
946               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
947               if (!pvMove)
948                   ++BestMoveChanges;
949           }
950           else
951               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
952               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
953               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
954               rm.score = -VALUE_INFINITE;
955       }
956
957       if (value > bestValue)
958       {
959           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
960
961           if (value > alpha)
962           {
963               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
964
965               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
966                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
967               else
968               {
969                   assert(value >= beta); // Fail high
970
971                   if (SpNode)
972                       splitPoint->cutoff = true;
973
974                   break;
975               }
976           }
977       }
978
979       // Step 19. Check for splitting the search
980       if (   !SpNode
981           &&  Threads.size() >= 2
982           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
983           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
984                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
985           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
986       {
987           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
988
989           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
990                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
991
992           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
993               return VALUE_ZERO;
994
995           if (bestValue >= beta)
996               break;
997       }
998     }
999
1000     if (SpNode)
1001         return bestValue;
1002
1003     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1004     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1005     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1006     /*
1007        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1008         return VALUE_DRAW;
1009     */
1010
1011     // Step 20. Check for mate and stalemate
1012     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1013     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1014     // return a fail low score.
1015     if (!moveCount)
1016         bestValue = excludedMove ? alpha
1017                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1018
1019     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1020     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1021         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1022
1023     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1024              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1025              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1026              depth, bestMove, ss->staticEval);
1027
1028     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1029
1030     return bestValue;
1031   }
1032
1033
1034   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1035   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1036   // less than ONE_PLY).
1037
1038   template <NodeType NT, bool InCheck>
1039   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1040
1041     const bool PvNode = NT == PV;
1042
1043     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1044     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1045     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1046     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1047     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1048
1049     StateInfo st;
1050     const TTEntry* tte;
1051     Key posKey;
1052     Move ttMove, move, bestMove;
1053     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1054     bool givesCheck, evasionPrunable;
1055     Depth ttDepth;
1056
1057     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1058     if (PvNode)
1059         oldAlpha = alpha;
1060
1061     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1062     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1063
1064     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1065     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1066         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1067
1068     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1069     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1070     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1071     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1072                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1073
1074     // Transposition table lookup
1075     posKey = pos.key();
1076     tte = TT.probe(posKey);
1077     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1078     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1079
1080     if (   tte
1081         && tte->depth() >= ttDepth
1082         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1083         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1084             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1085                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1086     {
1087         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1088         return ttValue;
1089     }
1090
1091     // Evaluate the position statically
1092     if (InCheck)
1093     {
1094         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1095         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1096     }
1097     else
1098     {
1099         if (tte)
1100         {
1101             // Never assume anything on values stored in TT
1102             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1103                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1104
1105             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1106             if (ttValue != VALUE_NONE)
1107                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1108                     bestValue = ttValue;
1109         }
1110         else
1111             ss->staticEval = bestValue = ss->nullChild ? -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo : evaluate(pos);
1112
1113         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1114         if (bestValue >= beta)
1115         {
1116             if (!tte)
1117                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1118                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1119
1120             return bestValue;
1121         }
1122
1123         if (PvNode && bestValue > alpha)
1124             alpha = bestValue;
1125
1126         futilityBase = bestValue + 128;
1127     }
1128
1129     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1130     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1131     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1132     // be generated.
1133     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1134     CheckInfo ci(pos);
1135
1136     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1137     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1138     {
1139       assert(is_ok(move));
1140
1141       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1142                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1143                   : pos.gives_check(move, ci);
1144
1145       // Futility pruning
1146       if (   !PvNode
1147           && !InCheck
1148           && !givesCheck
1149           &&  move != ttMove
1150           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1151           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1152       {
1153           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1154
1155           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1156
1157           if (futilityValue < beta)
1158           {
1159               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1160               continue;
1161           }
1162
1163           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1164           {
1165               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1166               continue;
1167           }
1168       }
1169
1170       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1171       evasionPrunable =    InCheck
1172                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1173                        && !pos.capture(move)
1174                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1175
1176       // Don't search moves with negative SEE values
1177       if (   !PvNode
1178           && (!InCheck || evasionPrunable)
1179           &&  move != ttMove
1180           &&  type_of(move) != PROMOTION
1181           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1182           continue;
1183
1184       // Check for legality just before making the move
1185       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1186           continue;
1187
1188       ss->currentMove = move;
1189
1190       // Make and search the move
1191       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1192       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1193                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1194       pos.undo_move(move);
1195
1196       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1197
1198       // Check for new best move
1199       if (value > bestValue)
1200       {
1201           bestValue = value;
1202
1203           if (value > alpha)
1204           {
1205               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1206               {
1207                   alpha = value;
1208                   bestMove = move;
1209               }
1210               else // Fail high
1211               {
1212                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1213                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1214
1215                   return value;
1216               }
1217           }
1218        }
1219     }
1220
1221     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1222     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1223     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1224         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1225
1226     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1227              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1228              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1229
1230     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1231
1232     return bestValue;
1233   }
1234
1235
1236   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1237   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1238   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1239
1240   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1241
1242     assert(v != VALUE_NONE);
1243
1244     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1245           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1246   }
1247
1248
1249   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1250   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1251   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1252
1253   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1254
1255     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1256           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1257           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1258   }
1259
1260
1261   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1262   // of a quiet move.
1263
1264   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1265
1266     if (ss->killers[0] != move)
1267     {
1268         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1269         ss->killers[0] = move;
1270     }
1271
1272     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1273     // played quiet moves.
1274     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1275     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1276     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1277     {
1278         Move m = quiets[i];
1279         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1280     }
1281
1282     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1283     {
1284         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1285         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1286     }
1287
1288     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1289     {
1290         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1291         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1292     }
1293   }
1294
1295
1296   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1297   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1298
1299   Move Skill::pick_move() {
1300
1301     static RKISS rk;
1302
1303     // PRNG sequence should be not deterministic
1304     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1305         rk.rand<unsigned>();
1306
1307     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1308     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1309     int weakness = 120 - 2 * level;
1310     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1311     best = MOVE_NONE;
1312
1313     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1314     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1315     // then we choose the move with the resulting highest score.
1316     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1317     {
1318         int s = RootMoves[i].score;
1319
1320         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1321         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1322             break;
1323
1324         // This is our magic formula
1325         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1326               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1327
1328         if (s > max_s)
1329         {
1330             max_s = s;
1331             best = RootMoves[i].pv[0];
1332         }
1333     }
1334     return best;
1335   }
1336
1337
1338   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1339   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1340   // search score.
1341
1342   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1343
1344     std::stringstream ss;
1345     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1346     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1347     int selDepth = 0;
1348
1349     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1350         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1351             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1352
1353     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1354     {
1355         bool updated = (i <= PVIdx);
1356
1357         if (depth == 1 && !updated)
1358             continue;
1359
1360         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1361         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1362
1363         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1364             ss << "\n";
1365
1366         ss << "info depth " << d
1367            << " seldepth "  << selDepth
1368            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1369            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1370            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1371            << " time "      << elapsed
1372            << " multipv "   << i + 1
1373            << " pv";
1374
1375         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1376             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1377     }
1378
1379     return ss.str();
1380   }
1381
1382 } // namespace
1383
1384
1385 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1386 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1387 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1388 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1389
1390 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1391
1392   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1393   const TTEntry* tte;
1394   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1395   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1396   Value expectedScore = score;
1397
1398   pv.clear();
1399
1400   do {
1401       pv.push_back(m);
1402
1403       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1404
1405       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1406       tte = TT.probe(pos.key());
1407       expectedScore = -expectedScore;
1408
1409   } while (   tte
1410            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1411            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1412            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1413            && ply < MAX_PLY
1414            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1415
1416   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1417
1418   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1419 }
1420
1421
1422 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1423 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1424 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1425
1426 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1427
1428   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1429   const TTEntry* tte;
1430   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1431
1432   do {
1433       tte = TT.probe(pos.key());
1434
1435       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1436           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1437
1438       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1439
1440       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1441
1442   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1443
1444   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1445 }
1446
1447
1448 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1449
1450 void Thread::idle_loop() {
1451
1452   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1453   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1454   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1455
1456   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1457
1458   while (true)
1459   {
1460       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1461       // wasting CPU time polling for work.
1462       while (!searching || exit)
1463       {
1464           if (exit)
1465           {
1466               assert(!this_sp);
1467               return;
1468           }
1469
1470           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1471           mutex.lock();
1472
1473           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1474           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1475           {
1476               mutex.unlock();
1477               break;
1478           }
1479
1480           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1481           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1482           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1483           // we had the chance to grab the lock.
1484           if (!searching && !exit)
1485               sleepCondition.wait(mutex);
1486
1487           mutex.unlock();
1488       }
1489
1490       // If this thread has been assigned work, launch a search
1491       if (searching)
1492       {
1493           assert(!exit);
1494
1495           Threads.mutex.lock();
1496
1497           assert(searching);
1498           assert(activeSplitPoint);
1499           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1500
1501           Threads.mutex.unlock();
1502
1503           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1504           Position pos(*sp->pos, this);
1505
1506           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1507           ss->splitPoint = sp;
1508
1509           sp->mutex.lock();
1510
1511           assert(activePosition == NULL);
1512
1513           activePosition = &pos;
1514
1515           if (sp->nodeType == NonPV)
1516               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1517
1518           else if (sp->nodeType == PV)
1519               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1520
1521           else if (sp->nodeType == Root)
1522               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else
1525               assert(false);
1526
1527           assert(searching);
1528
1529           searching = false;
1530           activePosition = NULL;
1531           sp->slavesMask.reset(idx);
1532           sp->allSlavesSearching = false;
1533           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1534
1535           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1536           // loop in case we are the last slave of the split point.
1537           if (    this != sp->masterThread
1538               &&  sp->slavesMask.none())
1539           {
1540               assert(!sp->masterThread->searching);
1541               sp->masterThread->notify_one();
1542           }
1543
1544           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1545           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1546           // the sp master.
1547           sp->mutex.unlock();
1548
1549           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1550           // already finished.
1551           if (Threads.size() > 2)
1552               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1553               {
1554                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1555                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1556
1557                   if (   sp
1558                       && sp->allSlavesSearching
1559                       && available_to(Threads[i]))
1560                   {
1561                       // Recheck the conditions under lock protection
1562                       Threads.mutex.lock();
1563                       sp->mutex.lock();
1564
1565                       if (   sp->allSlavesSearching
1566                           && available_to(Threads[i]))
1567                       {
1568                            sp->slavesMask.set(idx);
1569                            activeSplitPoint = sp;
1570                            searching = true;
1571                       }
1572
1573                       sp->mutex.unlock();
1574                       Threads.mutex.unlock();
1575
1576                       break; // Just a single attempt
1577                   }
1578               }
1579       }
1580
1581       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1582       // their work at this split point, return from the idle loop.
1583       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1584       {
1585           this_sp->mutex.lock();
1586           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1587           this_sp->mutex.unlock();
1588           if (finished)
1589               return;
1590       }
1591   }
1592 }
1593
1594
1595 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1596 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1597 /// available time and thus stop the search.
1598
1599 void check_time() {
1600
1601   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1602   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1603
1604   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1605   {
1606       lastInfoTime = Time::now();
1607       dbg_print();
1608   }
1609
1610   if (Limits.ponder)
1611       return;
1612
1613   if (Limits.nodes)
1614   {
1615       Threads.mutex.lock();
1616
1617       nodes = RootPos.nodes_searched();
1618
1619       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1620       // all the currently active positions nodes.
1621       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1622           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1623           {
1624               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1625
1626               sp.mutex.lock();
1627
1628               nodes += sp.nodes;
1629
1630               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1631                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1632                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1633
1634               sp.mutex.unlock();
1635           }
1636
1637       Threads.mutex.unlock();
1638   }
1639
1640   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1641   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1642                          && !Signals.failedLowAtRoot
1643                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1644
1645   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1646                    || stillAtFirstMove;
1647
1648   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1649       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1650       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1651       Signals.stop = true;
1652 }