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