314623084ff4eff2330b8185b3e9dd496f1d3261
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 namespace Tablebases {
48
49   int Cardinality;
50   uint64_t Hits;
51   bool RootInTB;
52   bool UseRule50;
53   Depth ProbeDepth;
54   Value Score;
55 }
56
57 namespace TB = Tablebases;
58
59 using std::string;
60 using Eval::evaluate;
61 using namespace Search;
62
63 namespace {
64
65   // Different node types, used as template parameter
66   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
67
68   // Razoring and futility margin based on depth
69   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
70   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
71
72   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
73   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
74   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
75
76   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   // Skill struct is used to implement strength limiting
81   struct Skill {
82     Skill(int l) : level(l) {}
83     bool enabled() const { return level < 20; }
84     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
85     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
86     Move pick_best(size_t multiPV);
87
88     int level;
89     Move best = MOVE_NONE;
90   };
91
92   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
93   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
94   struct EasyMoveManager {
95
96     void clear() {
97       stableCnt = 0;
98       expectedPosKey = 0;
99       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
100     }
101
102     Move get(Key key) const {
103       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
104     }
105
106     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
107
108       assert(newPv.size() >= 3);
109
110       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
111       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
112
113       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
114       {
115           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
116
117           StateInfo st[2];
118           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
119           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
120           expectedPosKey = pos.key();
121           pos.undo_move(newPv[1]);
122           pos.undo_move(newPv[0]);
123       }
124     }
125
126     int stableCnt;
127     Key expectedPosKey;
128     Move pv[3];
129   };
130
131   size_t PVIdx;
132   EasyMoveManager EasyMove;
133   double BestMoveChanges;
134   Value DrawValue[COLOR_NB];
135   HistoryStats History;
136   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
137   GainsStats Gains;
138   MovesStats Countermoves;
139
140   template <NodeType NT, bool SpNode>
141   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
142
143   template <NodeType NT, bool InCheck>
144   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
145
146   void id_loop(Position& pos);
147   Value value_to_tt(Value v, int ply);
148   Value value_from_tt(Value v, int ply);
149   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
150   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
160
161   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
162       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
163           for (int d = 1; d < 64; ++d)
164               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
165               {
166                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
167
168                   if (r >= 1.5)
169                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
170
171                   // Increase reduction when eval is not improving
172                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
173                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
174               }
175
176   for (int d = 0; d < 16; ++d)
177   {
178       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
179       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
180   }
181 }
182
183
184 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
185 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
186 template<bool Root>
187 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
188
189   StateInfo st;
190   uint64_t cnt, nodes = 0;
191   CheckInfo ci(pos);
192   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
193
194   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
195   {
196       if (Root && depth <= ONE_PLY)
197           cnt = 1, nodes++;
198       else
199       {
200           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
201           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
202           nodes += cnt;
203           pos.undo_move(m);
204       }
205       if (Root)
206           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
207   }
208   return nodes;
209 }
210
211 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
212
213
214 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
215 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
216 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
217
218 void Search::think() {
219
220   Color us = RootPos.side_to_move();
221   Time.init(Limits, us, RootPos.game_ply(), now());
222
223   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
224   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
225   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
226
227   TB::Hits = 0;
228   TB::RootInTB = false;
229   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
230   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
231   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
232
233   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
234   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
235   {
236       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
237       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
238   }
239
240   if (RootMoves.empty())
241   {
242       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
243       sync_cout << "info depth 0 score "
244                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
245                 << sync_endl;
246   }
247   else
248   {
249       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
250                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
251       {
252           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
253           // contains only moves that preserve the draw or win.
254           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
255
256           if (TB::RootInTB)
257               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
258
259           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
260           {
261               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
262               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
263
264               // Only probe during search if winning
265               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
266                   TB::Cardinality = 0;
267           }
268
269           if (TB::RootInTB)
270           {
271               TB::Hits = RootMoves.size();
272
273               if (!TB::UseRule50)
274                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
275                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
276                                                       :  VALUE_DRAW;
277           }
278       }
279
280       for (Thread* th : Threads)
281       {
282           th->maxPly = 0;
283           th->notify_one(); // Wake up all the threads
284       }
285
286       Threads.timer->run = true;
287       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
288
289       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
290
291       Threads.timer->run = false;
292   }
293
294   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
295   // the available ones before to exit.
296   if (Limits.npmsec)
297       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - RootPos.nodes_searched();
298
299   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
300   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
301   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
302   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
303   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
304   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
305   {
306       Signals.stopOnPonderhit = true;
307       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
308   }
309
310   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
311
312   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
313       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
314
315   std::cout << sync_endl;
316 }
317
318
319 namespace {
320
321   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
322   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
323   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
324
325   void id_loop(Position& pos) {
326
327     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
328     Depth depth;
329     Value bestValue, alpha, beta, delta;
330
331     Move easyMove = EasyMove.get(pos.key());
332     EasyMove.clear();
333
334     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
335
336     depth = DEPTH_ZERO;
337     BestMoveChanges = 0;
338     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
339     beta = VALUE_INFINITE;
340
341     TT.new_search();
342     History.clear();
343     CounterMovesHistory.clear();
344     Gains.clear();
345     Countermoves.clear();
346
347     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
348     Skill skill(Options["Skill Level"]);
349
350     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
351     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
352     if (skill.enabled())
353         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
354
355     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
356
357     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
358     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
359     {
360         // Age out PV variability metric
361         BestMoveChanges *= 0.5;
362
363         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
364         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
365         for (RootMove& rm : RootMoves)
366             rm.previousScore = rm.score;
367
368         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
369         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
370         {
371             // Reset aspiration window starting size
372             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
373             {
374                 delta = Value(16);
375                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
376                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
377             }
378
379             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
380             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
381             // high/low anymore.
382             while (true)
383             {
384                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
385
386                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
387                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
388                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
389                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
390                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
391                 // search the already searched PV lines are preserved.
392                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
393
394                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
395                 // entries have been overwritten during the search.
396                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
397                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
398
399                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
400                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
401                 // valid, although it refers to previous iteration.
402                 if (Signals.stop)
403                     break;
404
405                 // When failing high/low give some update (without cluttering
406                 // the UI) before a re-search.
407                 if (   multiPV == 1
408                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
409                     && Time.elapsed() > 3000)
410                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411
412                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
413                 // re-search, otherwise exit the loop.
414                 if (bestValue <= alpha)
415                 {
416                     beta = (alpha + beta) / 2;
417                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
418
419                     Signals.failedLowAtRoot = true;
420                     Signals.stopOnPonderhit = false;
421                 }
422                 else if (bestValue >= beta)
423                 {
424                     alpha = (alpha + beta) / 2;
425                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
426                 }
427                 else
428                     break;
429
430                 delta += delta / 2;
431
432                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
433             }
434
435             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
436             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
437
438             if (Signals.stop)
439                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
440                           << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
441
442             else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
443                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
444         }
445
446         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
447         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
448             skill.pick_best(multiPV);
449
450         // Have we found a "mate in x"?
451         if (   Limits.mate
452             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
453             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
454             Signals.stop = true;
455
456         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
457         if (Limits.use_time_management())
458         {
459             if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
460             {
461                 // Take some extra time if the best move has changed
462                 if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
463                     Time.pv_instability(BestMoveChanges);
464
465                 // Stop the search if only one legal move is available or all
466                 // of the available time has been used or we matched an easyMove
467                 // from the previous search and just did a fast verification.
468                 if (   RootMoves.size() == 1
469                     || Time.elapsed() > Time.available()
470                     || (   RootMoves[0].pv[0] == easyMove
471                         && BestMoveChanges < 0.03
472                         && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
473                 {
474                     // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
475                     // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
476                     if (Limits.ponder)
477                         Signals.stopOnPonderhit = true;
478                     else
479                         Signals.stop = true;
480                 }
481             }
482
483             if (RootMoves[0].pv.size() >= 3)
484                 EasyMove.update(pos, RootMoves[0].pv);
485             else
486                 EasyMove.clear();
487         }
488     }
489
490     // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
491     // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
492     if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
493         EasyMove.clear();
494
495     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
496     if (skill.enabled())
497         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
498                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
499   }
500
501
502   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
503   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
504   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
505   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
506   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
507   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
508
509   template <NodeType NT, bool SpNode>
510   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
511
512     const bool RootNode = NT == Root;
513     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
514
515     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
516     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
517     assert(depth > DEPTH_ZERO);
518
519     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
520     StateInfo st;
521     TTEntry* tte;
522     SplitPoint* splitPoint;
523     Key posKey;
524     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
525     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
526     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
527     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
528     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
529     int moveCount, quietCount;
530
531     // Step 1. Initialize node
532     Thread* thisThread = pos.this_thread();
533     inCheck = pos.checkers();
534
535     if (SpNode)
536     {
537         splitPoint = ss->splitPoint;
538         bestMove   = splitPoint->bestMove;
539         bestValue  = splitPoint->bestValue;
540         tte = nullptr;
541         ttHit = false;
542         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
543         ttValue = VALUE_NONE;
544
545         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
546
547         goto moves_loop;
548     }
549
550     moveCount = quietCount = 0;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
553
554     // Used to send selDepth info to GUI
555     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
556         thisThread->maxPly = ss->ply;
557
558     if (!RootNode)
559     {
560         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
561         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
562             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
563
564         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
565         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
566         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
567         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
568         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
569         // mate. In this case return a fail-high score.
570         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
571         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
572         if (alpha >= beta)
573             return alpha;
574     }
575
576     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
577
578     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
579     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
580     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
581
582     // Step 4. Transposition table lookup
583     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
584     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
585     excludedMove = ss->excludedMove;
586     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
587     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
588     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
589     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
590
591     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't prune at PV nodes
592     if (  !PvNode
593         && ttHit
594         && tte->depth() >= depth
595         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
596         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
597                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
598     {
599         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
600
601         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
602         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
603             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
604
605         return ttValue;
606     }
607
608     // Step 4a. Tablebase probe
609     if (!RootNode && TB::Cardinality)
610     {
611         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
612
613         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
614             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
615             &&  pos.rule50_count() == 0)
616         {
617             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
618
619             if (found)
620             {
621                 TB::Hits++;
622
623                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
624
625                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
626                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
627                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
628
629                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
630                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
631                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
632
633                 return value;
634             }
635         }
636     }
637
638     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
639     if (inCheck)
640     {
641         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
642         goto moves_loop;
643     }
644
645     else if (ttHit)
646     {
647         // Never assume anything on values stored in TT
648         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
649             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
650
651         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
652         if (ttValue != VALUE_NONE)
653             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
654                 eval = ttValue;
655     }
656     else
657     {
658         eval = ss->staticEval =
659         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
660
661         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
662     }
663
664     if (ss->skipEarlyPruning)
665         goto moves_loop;
666
667     if (   !pos.captured_piece_type()
668         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
669         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
670         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
671         &&  move != MOVE_NONE
672         &&  type_of(move) == NORMAL)
673     {
674         Square to = to_sq(move);
675         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
676     }
677
678     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
679     if (   !PvNode
680         &&  depth < 4 * ONE_PLY
681         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
682         &&  ttMove == MOVE_NONE
683         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
684     {
685         if (   depth <= ONE_PLY
686             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
687             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
688
689         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
690         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
691         if (v <= ralpha)
692             return v;
693     }
694
695     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
696     if (   !RootNode
697         &&  depth < 7 * ONE_PLY
698         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
699         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
700         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
701         return eval - futility_margin(depth);
702
703     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
704     if (   !PvNode
705         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
706         &&  eval >= beta
707         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
708     {
709         ss->currentMove = MOVE_NULL;
710
711         assert(eval - beta >= 0);
712
713         // Null move dynamic reduction based on depth and value
714         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
715
716         pos.do_null_move(st);
717         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
718         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
719                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
720         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
721         pos.undo_null_move();
722
723         if (nullValue >= beta)
724         {
725             // Do not return unproven mate scores
726             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
727                 nullValue = beta;
728
729             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
730                 return nullValue;
731
732             // Do verification search at high depths
733             ss->skipEarlyPruning = true;
734             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
735                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
736             ss->skipEarlyPruning = false;
737
738             if (v >= beta)
739                 return nullValue;
740         }
741     }
742
743     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
744     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
745     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
746     // prune the previous move.
747     if (   !PvNode
748         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
749         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
750     {
751         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
752         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
753
754         assert(rdepth >= ONE_PLY);
755         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
756         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
757
758         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, pos.captured_piece_type());
759         CheckInfo ci(pos);
760
761         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
762             if (pos.legal(move, ci.pinned))
763             {
764                 ss->currentMove = move;
765                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
766                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
767                 pos.undo_move(move);
768                 if (value >= rbeta)
769                     return value;
770             }
771     }
772
773     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
774     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
775         && !ttMove
776         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
777     {
778         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
779         ss->skipEarlyPruning = true;
780         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
781         ss->skipEarlyPruning = false;
782
783         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
784         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
785     }
786
787 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
788
789     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
790     Move countermove = Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq];
791
792     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermove, ss);
793     CheckInfo ci(pos);
794     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
795     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
796                || ss->staticEval == VALUE_NONE
797                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
798
799     singularExtensionNode =   !RootNode
800                            && !SpNode
801                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
802                            &&  ttMove != MOVE_NONE
803                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
804                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
805                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
806                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
807                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
808
809     // Step 11. Loop through moves
810     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
811     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
812     {
813       assert(is_ok(move));
814
815       if (move == excludedMove)
816           continue;
817
818       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
819       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
820       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
821       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
822           continue;
823
824       if (SpNode)
825       {
826           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
827           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
828               continue;
829
830           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
831           splitPoint->spinlock.release();
832       }
833       else
834           ++moveCount;
835
836       if (RootNode)
837       {
838           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
839
840           if (thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
841               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
842                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
843                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
844       }
845
846       if (PvNode)
847           (ss+1)->pv = nullptr;
848
849       extension = DEPTH_ZERO;
850       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
851
852       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
853                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
854                   : pos.gives_check(move, ci);
855
856       dangerous =   givesCheck
857                  || type_of(move) != NORMAL
858                  || pos.advanced_pawn_push(move);
859
860       // Step 12. Extend checks
861       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
862           extension = ONE_PLY;
863
864       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
865       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
866       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
867       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
868       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
869       if (    singularExtensionNode
870           &&  move == ttMove
871           && !extension
872           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
873       {
874           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
875           ss->excludedMove = move;
876           ss->skipEarlyPruning = true;
877           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
878           ss->skipEarlyPruning = false;
879           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
880
881           if (value < rBeta)
882               extension = ONE_PLY;
883       }
884
885       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
886       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
887
888       // Step 13. Pruning at shallow depth
889       if (   !RootNode
890           && !captureOrPromotion
891           && !inCheck
892           && !dangerous
893           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
894       {
895           // Move count based pruning
896           if (   depth < 16 * ONE_PLY
897               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
898           {
899               if (SpNode)
900                   splitPoint->spinlock.acquire();
901
902               continue;
903           }
904
905           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
906
907           // Futility pruning: parent node
908           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
909           {
910               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
911                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
912
913               if (futilityValue <= alpha)
914               {
915                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
916
917                   if (SpNode)
918                   {
919                       splitPoint->spinlock.acquire();
920                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
921                           splitPoint->bestValue = bestValue;
922                   }
923                   continue;
924               }
925           }
926
927           // Prune moves with negative SEE at low depths
928           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
929           {
930               if (SpNode)
931                   splitPoint->spinlock.acquire();
932
933               continue;
934           }
935       }
936
937       // Speculative prefetch as early as possible
938       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
939
940       // Check for legality just before making the move
941       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
942       {
943           moveCount--;
944           continue;
945       }
946
947       ss->currentMove = move;
948       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
949           quietsSearched[quietCount++] = move;
950
951       // Step 14. Make the move
952       pos.do_move(move, st, givesCheck);
953
954       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
955       // re-searched at full depth.
956       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
957           &&  moveCount > 1
958           && !captureOrPromotion
959           &&  move != ss->killers[0]
960           &&  move != ss->killers[1])
961       {
962           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
963
964           if (   (!PvNode && cutNode)
965               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
966               || (  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
967                   + CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq]
968                                        [pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO))
969               ss->reduction += ONE_PLY;
970
971           if (move == countermove)
972               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
973
974           // Decrease reduction for moves that escape a capture
975           if (   ss->reduction
976               && type_of(move) == NORMAL
977               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
978               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
979               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
980
981           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
982           if (SpNode)
983               alpha = splitPoint->alpha;
984
985           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
986
987           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
988           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
989           {
990               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
991               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
992           }
993
994           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
995           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
996       }
997       else
998           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
999
1000       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1001       if (doFullDepthSearch)
1002       {
1003           if (SpNode)
1004               alpha = splitPoint->alpha;
1005
1006           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1007                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1008                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1009                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1010       }
1011
1012       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1013       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1014       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1015       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1016       {
1017           (ss+1)->pv = pv;
1018           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1019
1020           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1021                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1022                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1023                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1024       }
1025
1026       // Step 17. Undo move
1027       pos.undo_move(move);
1028
1029       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1030
1031       // Step 18. Check for new best move
1032       if (SpNode)
1033       {
1034           splitPoint->spinlock.acquire();
1035           bestValue = splitPoint->bestValue;
1036           alpha = splitPoint->alpha;
1037       }
1038
1039       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
1040       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
1041       // updating best move, PV and TT.
1042       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1043           return VALUE_ZERO;
1044
1045       if (RootNode)
1046       {
1047           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1048
1049           // PV move or new best move ?
1050           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1051           {
1052               rm.score = value;
1053               rm.pv.resize(1);
1054
1055               assert((ss+1)->pv);
1056
1057               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1058                   rm.pv.push_back(*m);
1059
1060               // We record how often the best move has been changed in each
1061               // iteration. This information is used for time management: When
1062               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1063               if (moveCount > 1)
1064                   ++BestMoveChanges;
1065           }
1066           else
1067               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1068               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1069               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1070               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1071       }
1072
1073       if (value > bestValue)
1074       {
1075           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1076
1077           if (value > alpha)
1078           {
1079               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1080               if (    PvNode
1081                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1082                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1083                   EasyMove.clear();
1084
1085               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1086
1087               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1088                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1089
1090               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1091                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1092               else
1093               {
1094                   assert(value >= beta); // Fail high
1095
1096                   if (SpNode)
1097                       splitPoint->cutoff = true;
1098
1099                   break;
1100               }
1101           }
1102       }
1103
1104       // Step 19. Check for splitting the search
1105       if (   !SpNode
1106           &&  Threads.size() >= 2
1107           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1108           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1109                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1110                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1111                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1112           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1113       {
1114           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1115
1116           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1117                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1118
1119           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1120               return VALUE_ZERO;
1121
1122           if (bestValue >= beta)
1123               break;
1124       }
1125     }
1126
1127     if (SpNode)
1128         return bestValue;
1129
1130     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1131     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1132     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1133     /*
1134        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1135         return VALUE_DRAW;
1136     */
1137
1138     // Step 20. Check for mate and stalemate
1139     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1140     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1141     // return a fail low score.
1142     if (!moveCount)
1143         bestValue = excludedMove ? alpha
1144                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1145
1146     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1147     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1148         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1149
1150     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1151               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1152               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1153               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1154
1155     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1156
1157     return bestValue;
1158   }
1159
1160
1161   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1162   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1163   // less than ONE_PLY).
1164
1165   template <NodeType NT, bool InCheck>
1166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1167
1168     const bool PvNode = NT == PV;
1169
1170     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1171     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1172     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1173     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1174     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1175
1176     Move pv[MAX_PLY+1];
1177     StateInfo st;
1178     TTEntry* tte;
1179     Key posKey;
1180     Move ttMove, move, bestMove;
1181     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1182     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1183     Depth ttDepth;
1184
1185     if (PvNode)
1186     {
1187         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1188         (ss+1)->pv = pv;
1189         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1190     }
1191
1192     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1193     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1194
1195     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1196     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1197         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1198
1199     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1200
1201     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1202     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1203     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1204     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1205                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1206
1207     // Transposition table lookup
1208     posKey = pos.key();
1209     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1210     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1211     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1212
1213     if (  !PvNode
1214         && ttHit
1215         && tte->depth() >= ttDepth
1216         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1217         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1218                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1219     {
1220         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1221         return ttValue;
1222     }
1223
1224     // Evaluate the position statically
1225     if (InCheck)
1226     {
1227         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1228         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1229     }
1230     else
1231     {
1232         if (ttHit)
1233         {
1234             // Never assume anything on values stored in TT
1235             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1236                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1237
1238             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1239             if (ttValue != VALUE_NONE)
1240                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1241                     bestValue = ttValue;
1242         }
1243         else
1244             ss->staticEval = bestValue =
1245             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1246
1247         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1248         if (bestValue >= beta)
1249         {
1250             if (!ttHit)
1251                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1252                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1253
1254             return bestValue;
1255         }
1256
1257         if (PvNode && bestValue > alpha)
1258             alpha = bestValue;
1259
1260         futilityBase = bestValue + 128;
1261     }
1262
1263     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1264     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1265     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1266     // be generated.
1267     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1268     CheckInfo ci(pos);
1269
1270     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1271     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1272     {
1273       assert(is_ok(move));
1274
1275       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1276                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1277                   : pos.gives_check(move, ci);
1278
1279       // Futility pruning
1280       if (   !InCheck
1281           && !givesCheck
1282           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1283           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1284       {
1285           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1286
1287           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1288
1289           if (futilityValue <= alpha)
1290           {
1291               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1292               continue;
1293           }
1294
1295           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1296           {
1297               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1298               continue;
1299           }
1300       }
1301
1302       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1303       evasionPrunable =    InCheck
1304                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1305                        && !pos.capture(move);
1306
1307       // Don't search moves with negative SEE values
1308       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1309           &&  type_of(move) != PROMOTION
1310           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1311           continue;
1312
1313       // Speculative prefetch as early as possible
1314       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1315
1316       // Check for legality just before making the move
1317       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1318           continue;
1319
1320       ss->currentMove = move;
1321
1322       // Make and search the move
1323       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1324       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1325                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1326       pos.undo_move(move);
1327
1328       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1329
1330       // Check for new best move
1331       if (value > bestValue)
1332       {
1333           bestValue = value;
1334
1335           if (value > alpha)
1336           {
1337               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1338                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1339
1340               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1341               {
1342                   alpha = value;
1343                   bestMove = move;
1344               }
1345               else // Fail high
1346               {
1347                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1348                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1349
1350                   return value;
1351               }
1352           }
1353        }
1354     }
1355
1356     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1357     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1358     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1359         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1360
1361     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1362               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1363               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1364
1365     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1366
1367     return bestValue;
1368   }
1369
1370
1371   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1372   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1373   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1374
1375   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1376
1377     assert(v != VALUE_NONE);
1378
1379     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1380           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1381   }
1382
1383
1384   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1385   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1386   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1387
1388   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1389
1390     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1391           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1392           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1393   }
1394
1395
1396   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1397
1398   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1399
1400     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1401         *pv++ = *childPv++;
1402     *pv = MOVE_NONE;
1403   }
1404
1405   // update_stats() updates killers, history and countermoves stats after a fail-high
1406   // of a quiet move.
1407
1408   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1409
1410     if (ss->killers[0] != move)
1411     {
1412         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1413         ss->killers[0] = move;
1414     }
1415
1416     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1417
1418     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1419     HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1420
1421     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1422
1423     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1424     {
1425         Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1426         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1427     }
1428
1429     // Decrease all the other played quiet moves
1430     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1431     {
1432         History.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433
1434         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1435             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1436     }
1437
1438     // Extra penalty for TT move in previous ply when it gets refuted
1439     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1440     {
1441         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1442         HistoryStats& ttMoveCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1443         ttMoveCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * depth / ONE_PLY - 1);
1444     }
1445   }
1446
1447
1448   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1449   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1450
1451   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1452
1453     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1454     static PRNG rng(now());
1455
1456     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1457     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1458     int weakness = 120 - 2 * level;
1459     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1460
1461     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1462     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1463     // then we choose the move with the resulting highest score.
1464     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1465     {
1466         // This is our magic formula
1467         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1468                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1469
1470         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1471         {
1472             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1473             best = RootMoves[i].pv[0];
1474         }
1475     }
1476     return best;
1477   }
1478
1479 } // namespace
1480
1481
1482 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1483 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1484
1485 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1486
1487   std::stringstream ss;
1488   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1489   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1490   int selDepth = 0;
1491
1492   for (Thread* th : Threads)
1493       if (th->maxPly > selDepth)
1494           selDepth = th->maxPly;
1495
1496   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1497   {
1498       bool updated = (i <= PVIdx);
1499
1500       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1501           continue;
1502
1503       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1504       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1505
1506       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1507       v = tb ? TB::Score : v;
1508
1509       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1510           ss << "\n";
1511
1512       ss << "info"
1513          << " depth "    << d / ONE_PLY
1514          << " seldepth " << selDepth
1515          << " multipv "  << i + 1
1516          << " score "    << UCI::value(v);
1517
1518       if (!tb && i == PVIdx)
1519           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1520
1521       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1522          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1523
1524       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1525           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1526
1527       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1528          << " time "     << elapsed
1529          << " pv";
1530
1531       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1532           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1533   }
1534
1535   return ss.str();
1536 }
1537
1538
1539 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1540 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1541 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1542
1543 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1544
1545   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1546   bool ttHit;
1547
1548   for (Move m : pv)
1549   {
1550       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1551
1552       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1553
1554       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1555           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1556
1557       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1558   }
1559
1560   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1561       pos.undo_move(pv[--i]);
1562 }
1563
1564
1565 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1566 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1567 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1568 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1569
1570 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1571 {
1572     StateInfo st;
1573     bool ttHit;
1574
1575     assert(pv.size() == 1);
1576
1577     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1578     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1579     pos.undo_move(pv[0]);
1580
1581     if (ttHit)
1582     {
1583         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1584         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1585            return pv.push_back(m), true;
1586     }
1587
1588     return false;
1589 }
1590
1591
1592 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1593
1594 void Thread::idle_loop() {
1595
1596   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1597   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1598   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1599
1600   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1601
1602   while (!exit && !(this_sp && this_sp->slavesMask.none()))
1603   {
1604       // If this thread has been assigned work, launch a search
1605       while (searching)
1606       {
1607           spinlock.acquire();
1608
1609           assert(activeSplitPoint);
1610           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1611
1612           spinlock.release();
1613
1614           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1615           Position pos(*sp->pos, this);
1616
1617           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1618           ss->splitPoint = sp;
1619
1620           sp->spinlock.acquire();
1621
1622           assert(activePosition == nullptr);
1623
1624           activePosition = &pos;
1625
1626           if (sp->nodeType == NonPV)
1627               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1628
1629           else if (sp->nodeType == PV)
1630               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1631
1632           else if (sp->nodeType == Root)
1633               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1634
1635           else
1636               assert(false);
1637
1638           assert(searching);
1639
1640           searching = false;
1641           activePosition = nullptr;
1642           sp->slavesMask.reset(idx);
1643           sp->allSlavesSearching = false;
1644           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1645
1646           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1647           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1648           // the sp master.
1649           sp->spinlock.release();
1650
1651           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1652           // already finished.
1653           SplitPoint* bestSp = NULL;
1654           int minLevel = INT_MAX;
1655
1656           for (Thread* th : Threads)
1657           {
1658               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1659               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1660
1661               if (   sp
1662                   && sp->allSlavesSearching
1663                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1664                   && can_join(sp))
1665               {
1666                   assert(this != th);
1667                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1668                   assert(Threads.size() > 2);
1669
1670                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1671                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1672                   int level = 0;
1673                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1674                       level++;
1675
1676                   if (level < minLevel)
1677                   {
1678                       bestSp = sp;
1679                       minLevel = level;
1680                   }
1681               }
1682           }
1683
1684           if (bestSp)
1685           {
1686               sp = bestSp;
1687
1688               // Recheck the conditions under lock protection
1689               sp->spinlock.acquire();
1690
1691               if (   sp->allSlavesSearching
1692                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1693               {
1694                   spinlock.acquire();
1695
1696                   if (can_join(sp))
1697                   {
1698                       sp->slavesMask.set(idx);
1699                       activeSplitPoint = sp;
1700                       searching = true;
1701                   }
1702
1703                   spinlock.release();
1704               }
1705
1706               sp->spinlock.release();
1707           }
1708       }
1709
1710       // If search is finished then sleep, otherwise just yield
1711       if (!Threads.main()->thinking)
1712       {
1713           assert(!this_sp);
1714
1715           std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1716           while (!exit && !Threads.main()->thinking)
1717               sleepCondition.wait(lk);
1718       }
1719       else
1720           std::this_thread::yield(); // Wait for a new job or for our slaves to finish
1721   }
1722 }
1723
1724
1725 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1726 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1727 /// available time and thus stop the search.
1728
1729 void check_time() {
1730
1731   static TimePoint lastInfoTime = now();
1732   int elapsed = Time.elapsed();
1733
1734   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1735   {
1736       lastInfoTime = now();
1737       dbg_print();
1738   }
1739
1740   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1741   if (Limits.ponder)
1742       return;
1743
1744   if (Limits.use_time_management())
1745   {
1746       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1747                              && !Signals.failedLowAtRoot
1748                              &&  elapsed > Time.available() * 75 / 100;
1749
1750       if (   stillAtFirstMove
1751           || elapsed > Time.maximum() - 2 * TimerThread::Resolution)
1752           Signals.stop = true;
1753   }
1754   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1755       Signals.stop = true;
1756
1757   else if (Limits.nodes)
1758   {
1759       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1760
1761       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1762       // all the currently active positions nodes.
1763       // FIXME: Racy...
1764       for (Thread* th : Threads)
1765           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1766           {
1767               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1768
1769               sp.spinlock.acquire();
1770
1771               nodes += sp.nodes;
1772
1773               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1774                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1775                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1776
1777               sp.spinlock.release();
1778           }
1779
1780       if (nodes >= Limits.nodes)
1781           Signals.stop = true;
1782   }
1783 }