Coding style in TT code
[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 "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Time::point SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Dynamic razoring margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71
72   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
73   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
74
75   inline Value futility_margin(Depth d) {
76     return Value(200 * d);
77   }
78
79   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
80   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
81
82   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   double BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   HistoryStats History;
91   GainsStats Gains;
92   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
93
94   template <NodeType NT, bool SpNode>
95   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
96
97   template <NodeType NT, bool InCheck>
98   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
99
100   void id_loop(Position& pos);
101   Value value_to_tt(Value v, int ply);
102   Value value_from_tt(Value v, int ply);
103   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
104   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
105   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
109                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
110                                     best(MOVE_NONE) {}
111    ~Skill() {
112       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
113           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
114                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
115     }
116
117     size_t candidates_size() const { return candidates; }
118     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
119     Move pick_move();
120
121     int level;
122     size_t candidates;
123     Move best;
124   };
125
126 } // namespace
127
128
129 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
130
131 void Search::init() {
132
133   // Init reductions array
134   for (int d = 1; d < 64; ++d)
135       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
136       {
137           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
138           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
139
140           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
141           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
142
143           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
144           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
145
146           // Increase reduction when eval is not improving
147           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
148               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
149       }
150
151   // Init futility move count array
152   for (int d = 0; d < 16; ++d)
153   {
154       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
155       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
156   }
157 }
158
159
160 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
161 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
162 template<bool Root>
163 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165   StateInfo st;
166   uint64_t cnt, nodes = 0;
167   CheckInfo ci(pos);
168   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
169
170   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
171   {
172       if (Root && depth <= ONE_PLY)
173           cnt = 1, nodes++;
174       else
175       {
176           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
177           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
178           nodes += cnt;
179           pos.undo_move(*it);
180       }
181       if (Root)
182           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
183   }
184   return nodes;
185 }
186
187 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
188
189
190 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
191 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
192 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
193
194 void Search::think() {
195
196   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
197
198   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
199   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
200   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
201
202   TB::Hits = 0;
203   TB::RootInTB = false;
204   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
205   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
206   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
207
208   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
209   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
210   {
211       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
212       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
213   }
214
215   if (RootMoves.empty())
216   {
217       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
218       sync_cout << "info depth 0 score "
219                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
220                 << sync_endl;
221   }
222   else
223   {
224       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
225                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
226       {
227           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
228           // contains only moves that preserve the draw or win.
229           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
230
231           if (TB::RootInTB)
232               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
233
234           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
235           {
236               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
237               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
238
239               // Only probe during search if winning
240               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
241                   TB::Cardinality = 0;
242           }
243
244           if (TB::RootInTB)
245           {
246               TB::Hits = RootMoves.size();
247
248               if (!TB::UseRule50)
249                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
250                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
251                                                       :  VALUE_DRAW;
252           }
253       }
254
255       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
256           Threads[i]->maxPly = 0;
257
258       Threads.timer->run = true;
259       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
260
261       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
262
263       Threads.timer->run = false;
264   }
265
266   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
267   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
268   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
269   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
270   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
278
279   if (RootMoves[0].pv.size() > 1)
280       std::cout << " ponder " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
281
282   std::cout << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
295     Depth depth;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297
298     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
299
300     depth = DEPTH_ZERO;
301     BestMoveChanges = 0;
302     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303     beta = VALUE_INFINITE;
304
305     TT.new_search();
306     History.clear();
307     Gains.clear();
308     Countermoves.clear();
309     Followupmoves.clear();
310
311     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
312     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
313
314     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
315     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
317
318     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
319     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
320     {
321         // Age out PV variability metric
322         BestMoveChanges *= 0.5;
323
324         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
325         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
327             RootMoves[i].previousScore = RootMoves[i].score;
328
329         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
330         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
331         {
332             // Reset aspiration window starting size
333             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
334             {
335                 delta = Value(16);
336                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
337                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
338             }
339
340             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
341             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
342             // high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
346
347                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
348                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
349                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
350                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
351                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
352                 // search the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
362                 // valid, although it refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before a re-search.
368                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
369                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
370                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371
372                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
373                 // re-search, otherwise exit the loop.
374                 if (bestValue <= alpha)
375                 {
376                     beta = (alpha + beta) / 2;
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                 {
384                     alpha = (alpha + beta) / 2;
385                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
386                 }
387                 else
388                     break;
389
390                 delta += delta / 2;
391
392                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
393             }
394
395             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
396             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
397
398             if (Signals.stop)
399                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
400                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
401
402             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
403                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
404                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
405         }
406
407         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
408         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
409             skill.pick_move();
410
411         // Have we found a "mate in x"?
412         if (   Limits.mate
413             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
414             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
415             Signals.stop = true;
416
417         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
418         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
419         {
420             // Take some extra time if the best move has changed
421             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
422                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
423
424             // Stop the search if only one legal move is available or all
425             // of the available time has been used.
426             if (   RootMoves.size() == 1
427                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
428             {
429                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
430                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
431                 if (Limits.ponder)
432                     Signals.stopOnPonderhit = true;
433                 else
434                     Signals.stop = true;
435             }
436         }
437     }
438   }
439
440
441   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
442   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
443   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
444   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
445   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
446   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
447
448   template <NodeType NT, bool SpNode>
449   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
450
451     const bool RootNode = NT == Root;
452     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
453
454     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
455     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
456     assert(depth > DEPTH_ZERO);
457
458     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
459     StateInfo st;
460     TTEntry* tte;
461     SplitPoint* splitPoint;
462     Key posKey;
463     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
464     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
465     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
466     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
467     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
468     int moveCount, quietCount;
469
470     // Step 1. Initialize node
471     Thread* thisThread = pos.this_thread();
472     inCheck = pos.checkers();
473
474     if (SpNode)
475     {
476         splitPoint = ss->splitPoint;
477         bestMove   = splitPoint->bestMove;
478         bestValue  = splitPoint->bestValue;
479         tte = NULL;
480         ttHit = false;
481         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
482         ttValue = VALUE_NONE;
483
484         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
485
486         goto moves_loop;
487     }
488
489     moveCount = quietCount = 0;
490     bestValue = -VALUE_INFINITE;
491     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
492
493     // Used to send selDepth info to GUI
494     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
495         thisThread->maxPly = ss->ply;
496
497     if (!RootNode)
498     {
499         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
500         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
501             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
502
503         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
504         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
505         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
506         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
507         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
508         // mate. In this case return a fail-high score.
509         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
510         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
511         if (alpha >= beta)
512             return alpha;
513     }
514
515     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
516
517     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
518     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
519     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
520
521     // Step 4. Transposition table lookup
522     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
523     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
524     excludedMove = ss->excludedMove;
525     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
526     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
527     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
528     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
529
530     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
531     if (  !PvNode
532         && ttHit
533         && tte->depth() >= depth
534         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
535         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
536                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
537     {
538         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
539
540         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
541         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
542             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
543
544         return ttValue;
545     }
546
547     // Step 4a. Tablebase probe
548     if (!RootNode && TB::Cardinality)
549     {
550         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
551
552         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
553             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
554             &&  pos.rule50_count() == 0)
555         {
556             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
557
558             if (found)
559             {
560                 TB::Hits++;
561
562                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
563
564                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
565                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
566                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
567
568                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
569                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
570                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
571
572                 return value;
573             }
574         }
575     }
576
577     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
578     if (inCheck)
579     {
580         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
581         goto moves_loop;
582     }
583
584     else if (ttHit)
585     {
586         // Never assume anything on values stored in TT
587         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
588             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
589
590         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
591         if (ttValue != VALUE_NONE)
592             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
593                 eval = ttValue;
594     }
595     else
596     {
597         eval = ss->staticEval =
598         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
599
600         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
601     }
602
603     if (ss->skipEarlyPruning)
604         goto moves_loop;
605
606     if (   !pos.captured_piece_type()
607         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
608         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
609         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
610         &&  move != MOVE_NONE
611         &&  type_of(move) == NORMAL)
612     {
613         Square to = to_sq(move);
614         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
615     }
616
617     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
618     if (   !PvNode
619         &&  depth < 4 * ONE_PLY
620         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
621         &&  ttMove == MOVE_NONE
622         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
623     {
624         if (   depth <= ONE_PLY
625             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
626             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
627
628         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
629         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
630         if (v <= ralpha)
631             return v;
632     }
633
634     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
635     if (   !PvNode
636         &&  depth < 7 * ONE_PLY
637         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
638         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
639         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
640         return eval - futility_margin(depth);
641
642     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
643     if (   !PvNode
644         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
645         &&  eval >= beta
646         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
647     {
648         ss->currentMove = MOVE_NULL;
649
650         assert(eval - beta >= 0);
651
652         // Null move dynamic reduction based on depth and value
653         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
654
655         pos.do_null_move(st);
656         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
657         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
658                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
659         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
660         pos.undo_null_move();
661
662         if (nullValue >= beta)
663         {
664             // Do not return unproven mate scores
665             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
666                 nullValue = beta;
667
668             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
669                 return nullValue;
670
671             // Do verification search at high depths
672             ss->skipEarlyPruning = true;
673             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
674                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
675             ss->skipEarlyPruning = false;
676
677             if (v >= beta)
678                 return nullValue;
679         }
680     }
681
682     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
683     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
684     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
685     // prune the previous move.
686     if (   !PvNode
687         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
688         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
689     {
690         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
691         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
692
693         assert(rdepth >= ONE_PLY);
694         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
695         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
696
697         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
698         CheckInfo ci(pos);
699
700         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
701             if (pos.legal(move, ci.pinned))
702             {
703                 ss->currentMove = move;
704                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
705                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
706                 pos.undo_move(move);
707                 if (value >= rbeta)
708                     return value;
709             }
710     }
711
712     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
713     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
714         && !ttMove
715         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
716     {
717         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
718         ss->skipEarlyPruning = true;
719         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
720         ss->skipEarlyPruning = false;
721
722         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
723         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
724     }
725
726 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
727
728     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
729     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
730                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
731
732     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
733     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
734                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
735
736     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
737     CheckInfo ci(pos);
738     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
739     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
740                || ss->staticEval == VALUE_NONE
741                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
742
743     singularExtensionNode =   !RootNode
744                            && !SpNode
745                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
746                            &&  ttMove != MOVE_NONE
747                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
748                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
749                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
750                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
751                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
752
753     // Step 11. Loop through moves
754     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
755     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
756     {
757       assert(is_ok(move));
758
759       if (move == excludedMove)
760           continue;
761
762       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
763       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
764       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
765       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
766           continue;
767
768       if (SpNode)
769       {
770           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
771           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
772               continue;
773
774           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
775           splitPoint->mutex.unlock();
776       }
777       else
778           ++moveCount;
779
780       if (RootNode)
781       {
782           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
783
784           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
785               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
786                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
787                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
788       }
789
790       if (PvNode)
791           (ss+1)->pv = NULL;
792
793       extension = DEPTH_ZERO;
794       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
795
796       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
797                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
798                   : pos.gives_check(move, ci);
799
800       dangerous =   givesCheck
801                  || type_of(move) != NORMAL
802                  || pos.advanced_pawn_push(move);
803
804       // Step 12. Extend checks
805       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
806           extension = ONE_PLY;
807
808       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
809       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
810       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
811       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
812       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
813       if (    singularExtensionNode
814           &&  move == ttMove
815           && !extension
816           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
817       {
818           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
819           ss->excludedMove = move;
820           ss->skipEarlyPruning = true;
821           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
822           ss->skipEarlyPruning = false;
823           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
824
825           if (value < rBeta)
826               extension = ONE_PLY;
827       }
828
829       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
830       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
831
832       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
833       if (   !PvNode
834           && !captureOrPromotion
835           && !inCheck
836           && !dangerous
837           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
838       {
839           // Move count based pruning
840           if (   depth < 16 * ONE_PLY
841               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
842           {
843               if (SpNode)
844                   splitPoint->mutex.lock();
845
846               continue;
847           }
848
849           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
850
851           // Futility pruning: parent node
852           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
853           {
854               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
855                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
856
857               if (futilityValue <= alpha)
858               {
859                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
860
861                   if (SpNode)
862                   {
863                       splitPoint->mutex.lock();
864                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
865                           splitPoint->bestValue = bestValue;
866                   }
867                   continue;
868               }
869           }
870
871           // Prune moves with negative SEE at low depths
872           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
873           {
874               if (SpNode)
875                   splitPoint->mutex.lock();
876
877               continue;
878           }
879       }
880
881       // Speculative prefetch as early as possible
882       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
883
884       // Check for legality just before making the move
885       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
886       {
887           moveCount--;
888           continue;
889       }
890
891       ss->currentMove = move;
892       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
893           quietsSearched[quietCount++] = move;
894
895       // Step 14. Make the move
896       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
897
898       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
899       // re-searched at full depth.
900       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
901           &&  moveCount > 1
902           && !captureOrPromotion
903           &&  move != ss->killers[0]
904           &&  move != ss->killers[1])
905       {
906           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
907
908           if (   (!PvNode && cutNode)
909               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
910               ss->reduction += ONE_PLY;
911
912           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
913               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
914
915           // Decrease reduction for moves that escape a capture
916           if (   ss->reduction
917               && type_of(move) == NORMAL
918               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
919               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
920               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
921
922           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
923           if (SpNode)
924               alpha = splitPoint->alpha;
925
926           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
927
928           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
929           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
930           {
931               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
932               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
933           }
934
935           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
936           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
937       }
938       else
939           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
940
941       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
942       if (doFullDepthSearch)
943       {
944           if (SpNode)
945               alpha = splitPoint->alpha;
946
947           value = newDepth <   ONE_PLY ?
948                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
949                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
950                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
951       }
952
953       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
954       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
955       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
956       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
957       {
958           (ss+1)->pv = pv;
959           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
960
961           value = newDepth <   ONE_PLY ?
962                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
963                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
964                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
965       }
966
967       // Step 17. Undo move
968       pos.undo_move(move);
969
970       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
971
972       // Step 18. Check for new best move
973       if (SpNode)
974       {
975           splitPoint->mutex.lock();
976           bestValue = splitPoint->bestValue;
977           alpha = splitPoint->alpha;
978       }
979
980       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
981       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
982       // updating best move, PV and TT.
983       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
984           return VALUE_ZERO;
985
986       if (RootNode)
987       {
988           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
989
990           // PV move or new best move ?
991           if (moveCount == 1 || value > alpha)
992           {
993               rm.score = value;
994               rm.pv.resize(1);
995
996               assert((ss+1)->pv);
997
998               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
999                   rm.pv.push_back(*m);
1000
1001               // We record how often the best move has been changed in each
1002               // iteration. This information is used for time management: When
1003               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1004               if (moveCount > 1)
1005                   ++BestMoveChanges;
1006           }
1007           else
1008               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1009               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1010               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1011               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1012       }
1013
1014       if (value > bestValue)
1015       {
1016           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1017
1018           if (value > alpha)
1019           {
1020               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1021
1022               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1023                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1024
1025               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1026                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1027               else
1028               {
1029                   assert(value >= beta); // Fail high
1030
1031                   if (SpNode)
1032                       splitPoint->cutoff = true;
1033
1034                   break;
1035               }
1036           }
1037       }
1038
1039       // Step 19. Check for splitting the search
1040       if (   !SpNode
1041           &&  Threads.size() >= 2
1042           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1043           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1044                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
1045           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1046       {
1047           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1048
1049           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1050                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1051
1052           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1053               return VALUE_ZERO;
1054
1055           if (bestValue >= beta)
1056               break;
1057       }
1058     }
1059
1060     if (SpNode)
1061         return bestValue;
1062
1063     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1064     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1065     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1066     /*
1067        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1068         return VALUE_DRAW;
1069     */
1070
1071     // Step 20. Check for mate and stalemate
1072     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1073     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1074     // return a fail low score.
1075     if (!moveCount)
1076         bestValue = excludedMove ? alpha
1077                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1078
1079     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1080     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1081         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1082
1083     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1084               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1085               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1086               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1087
1088     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1089
1090     return bestValue;
1091   }
1092
1093
1094   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1095   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1096   // less than ONE_PLY).
1097
1098   template <NodeType NT, bool InCheck>
1099   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1100
1101     const bool PvNode = NT == PV;
1102
1103     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1104     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1105     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1106     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1107     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1108
1109     Move pv[MAX_PLY+1];
1110     StateInfo st;
1111     TTEntry* tte;
1112     Key posKey;
1113     Move ttMove, move, bestMove;
1114     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1115     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1116     Depth ttDepth;
1117
1118     if (PvNode)
1119     {
1120         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1121         (ss+1)->pv = pv;
1122         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1123     }
1124
1125     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1126     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1127
1128     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1129     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1130         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1131
1132     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1133
1134     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1135     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1136     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1137     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1138                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1139
1140     // Transposition table lookup
1141     posKey = pos.key();
1142     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1143     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1144     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1145
1146     if (  !PvNode
1147         && ttHit
1148         && tte->depth() >= ttDepth
1149         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1150         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1151                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1152     {
1153         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1154         return ttValue;
1155     }
1156
1157     // Evaluate the position statically
1158     if (InCheck)
1159     {
1160         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1161         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1162     }
1163     else
1164     {
1165         if (ttHit)
1166         {
1167             // Never assume anything on values stored in TT
1168             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1169                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1170
1171             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1172             if (ttValue != VALUE_NONE)
1173                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1174                     bestValue = ttValue;
1175         }
1176         else
1177             ss->staticEval = bestValue =
1178             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1179
1180         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1181         if (bestValue >= beta)
1182         {
1183             if (!ttHit)
1184                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1185                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1186
1187             return bestValue;
1188         }
1189
1190         if (PvNode && bestValue > alpha)
1191             alpha = bestValue;
1192
1193         futilityBase = bestValue + 128;
1194     }
1195
1196     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1197     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1198     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1199     // be generated.
1200     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1201     CheckInfo ci(pos);
1202
1203     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1204     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1205     {
1206       assert(is_ok(move));
1207
1208       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1209                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1210                   : pos.gives_check(move, ci);
1211
1212       // Futility pruning
1213       if (   !PvNode
1214           && !InCheck
1215           && !givesCheck
1216           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1217           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1218       {
1219           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1220
1221           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1222
1223           if (futilityValue < beta)
1224           {
1225               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1226               continue;
1227           }
1228
1229           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1230           {
1231               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1232               continue;
1233           }
1234       }
1235
1236       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1237       evasionPrunable =    InCheck
1238                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1239                        && !pos.capture(move)
1240                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1241
1242       // Don't search moves with negative SEE values
1243       if (   !PvNode
1244           && (!InCheck || evasionPrunable)
1245           &&  type_of(move) != PROMOTION
1246           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1247           continue;
1248
1249       // Speculative prefetch as early as possible
1250       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1251
1252       // Check for legality just before making the move
1253       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1254           continue;
1255
1256       ss->currentMove = move;
1257
1258       // Make and search the move
1259       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1260       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1261                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1262       pos.undo_move(move);
1263
1264       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1265
1266       // Check for new best move
1267       if (value > bestValue)
1268       {
1269           bestValue = value;
1270
1271           if (value > alpha)
1272           {
1273               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1274                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1275
1276               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1277               {
1278                   alpha = value;
1279                   bestMove = move;
1280               }
1281               else // Fail high
1282               {
1283                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1284                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1285
1286                   return value;
1287               }
1288           }
1289        }
1290     }
1291
1292     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1293     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1294     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1295         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1296
1297     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1298               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1299               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1300
1301     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1302
1303     return bestValue;
1304   }
1305
1306
1307   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1308   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1309   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1310
1311   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1312
1313     assert(v != VALUE_NONE);
1314
1315     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1316           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1317   }
1318
1319
1320   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1321   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1322   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1323
1324   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1325
1326     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1327           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1333
1334   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1335
1336     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1337         *pv++ = *childPv++;
1338     *pv = MOVE_NONE;
1339   }
1340
1341   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1342   // of a quiet move.
1343
1344   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1345
1346     if (ss->killers[0] != move)
1347     {
1348         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1349         ss->killers[0] = move;
1350     }
1351
1352     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1353     // played quiet moves.
1354     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1355     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1356     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1357     {
1358         Move m = quiets[i];
1359         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1360     }
1361
1362     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1363     {
1364         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1365         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1366     }
1367
1368     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1369     {
1370         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1371         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1372     }
1373   }
1374
1375
1376   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1377   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1378
1379   Move Skill::pick_move() {
1380
1381     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1382     static PRNG rng(Time::now());
1383
1384     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1385     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1386     int weakness = 120 - 2 * level;
1387     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1388     best = MOVE_NONE;
1389
1390     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1391     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1392     // then we choose the move with the resulting highest score.
1393     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1394     {
1395         int score = RootMoves[i].score;
1396
1397         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1398         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > score + 2 * PawnValueMg)
1399             break;
1400
1401         // This is our magic formula
1402         score += (  weakness * int(RootMoves[0].score - score)
1403                   + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1404
1405         if (score > maxScore)
1406         {
1407             maxScore = score;
1408             best = RootMoves[i].pv[0];
1409         }
1410     }
1411     return best;
1412   }
1413
1414
1415   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1416   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1417   // search score.
1418
1419   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1420
1421     std::stringstream ss;
1422     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1423     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1424     int selDepth = 0;
1425
1426     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1427         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1428             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1429
1430     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1431     {
1432         bool updated = (i <= PVIdx);
1433
1434         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1435             continue;
1436
1437         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1438         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1439
1440         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1441         v = tb ? TB::Score : v;
1442
1443         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1444             ss << "\n";
1445
1446         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1447            << " seldepth "  << selDepth
1448            << " multipv "   << i + 1
1449            << " score "     << ((!tb && i == PVIdx) ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1450            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1451            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1452            << " tbhits "    << TB::Hits
1453            << " time "      << elapsed
1454            << " pv";
1455
1456         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1457             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1458     }
1459
1460     return ss.str();
1461   }
1462
1463 } // namespace
1464
1465
1466 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1467 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1468 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1469
1470 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1471
1472   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1473   size_t idx = 0;
1474
1475   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1476   {
1477       bool ttHit;
1478       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1479
1480       if (!ttHit || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1481           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE, TT.generation());
1482
1483       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1484
1485       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1486   }
1487
1488   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1489 }
1490
1491
1492 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1493
1494 void Thread::idle_loop() {
1495
1496   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1497   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1498   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1499
1500   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1501
1502   while (!exit)
1503   {
1504       // If this thread has been assigned work, launch a search
1505       while (searching)
1506       {
1507           Threads.mutex.lock();
1508
1509           assert(activeSplitPoint);
1510           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1511
1512           Threads.mutex.unlock();
1513
1514           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1515           Position pos(*sp->pos, this);
1516
1517           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1518           ss->splitPoint = sp;
1519
1520           sp->mutex.lock();
1521
1522           assert(activePosition == NULL);
1523
1524           activePosition = &pos;
1525
1526           if (sp->nodeType == NonPV)
1527               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1528
1529           else if (sp->nodeType == PV)
1530               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1531
1532           else if (sp->nodeType == Root)
1533               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1534
1535           else
1536               assert(false);
1537
1538           assert(searching);
1539
1540           searching = false;
1541           activePosition = NULL;
1542           sp->slavesMask.reset(idx);
1543           sp->allSlavesSearching = false;
1544           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1545
1546           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1547           // loop in case we are the last slave of the split point.
1548           if (    this != sp->masterThread
1549               &&  sp->slavesMask.none())
1550           {
1551               assert(!sp->masterThread->searching);
1552               sp->masterThread->notify_one();
1553           }
1554
1555           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1556           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1557           // the sp master.
1558           sp->mutex.unlock();
1559
1560           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1561           // already finished.
1562           if (Threads.size() > 2)
1563               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1564               {
1565                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1566                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1567
1568                   if (   sp
1569                       && sp->allSlavesSearching
1570                       && available_to(Threads[i]))
1571                   {
1572                       // Recheck the conditions under lock protection
1573                       Threads.mutex.lock();
1574                       sp->mutex.lock();
1575
1576                       if (   sp->allSlavesSearching
1577                           && available_to(Threads[i]))
1578                       {
1579                            sp->slavesMask.set(idx);
1580                            activeSplitPoint = sp;
1581                            searching = true;
1582                       }
1583
1584                       sp->mutex.unlock();
1585                       Threads.mutex.unlock();
1586
1587                       break; // Just a single attempt
1588                   }
1589               }
1590       }
1591
1592       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1593       mutex.lock();
1594
1595       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1596       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1597       {
1598           assert(!searching);
1599           mutex.unlock();
1600           break;
1601       }
1602
1603       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1604       // wasting CPU time polling for work.
1605       if (!searching && !exit)
1606           sleepCondition.wait(mutex);
1607
1608       mutex.unlock();
1609   }
1610 }
1611
1612
1613 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1614 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1615 /// available time and thus stop the search.
1616
1617 void check_time() {
1618
1619   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1620   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1621
1622   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1623   {
1624       lastInfoTime = Time::now();
1625       dbg_print();
1626   }
1627
1628   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1629   if (Limits.ponder)
1630       return;
1631
1632   if (Limits.use_time_management())
1633   {
1634       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1635                              && !Signals.failedLowAtRoot
1636                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1637
1638       if (   stillAtFirstMove
1639           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1640           Signals.stop = true;
1641   }
1642   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1643       Signals.stop = true;
1644
1645   else if (Limits.nodes)
1646   {
1647       Threads.mutex.lock();
1648
1649       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1650
1651       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1652       // all the currently active positions nodes.
1653       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1654           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1655           {
1656               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1657
1658               sp.mutex.lock();
1659
1660               nodes += sp.nodes;
1661
1662               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1663                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1664                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1665
1666               sp.mutex.unlock();
1667           }
1668
1669       Threads.mutex.unlock();
1670
1671       if (nodes >= Limits.nodes)
1672           Signals.stop = true;
1673   }
1674 }