Symmetric King Safety: take 2
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // Different node types, used as template parameter
59   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
60
61   // Dynamic razoring margin based on depth
62   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
63
64   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
65   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
66
67   inline Value futility_margin(Depth d) {
68     return Value(100 * d);
69   }
70
71   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
72   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75
76     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Tempo bonus. Must be handled by search to preserve eval symmetry.
80   const int Tempo = 17;
81
82   size_t MultiPV, PVIdx;
83   TimeManager TimeMgr;
84   double BestMoveChanges;
85   Value DrawValue[COLOR_NB];
86   HistoryStats History;
87   GainsStats Gains;
88   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
89
90   template <NodeType NT, bool SpNode>
91   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
92
93   template <NodeType NT, bool InCheck>
94   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
95
96   void id_loop(Position& pos);
97   Value value_to_tt(Value v, int ply);
98   Value value_from_tt(Value v, int ply);
99   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
100   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
101
102   struct Skill {
103     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
104    ~Skill() {
105       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
106           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
107                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
108     }
109
110     bool enabled() const { return level < 20; }
111     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
112     Move pick_move();
113
114     int level;
115     Move best;
116   };
117
118 } // namespace
119
120
121 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
122
123 void Search::init() {
124
125   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
126   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
127   int mc; // moveCount
128
129   // Init reductions array
130   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
131   {
132       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
133       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
134       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
135       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
136
137       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
138       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
139
140       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
142
143       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
144           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
145   }
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; ++d)
149   {
150       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
151       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
152   }
153 }
154
155
156 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
157 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
158
159 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
160
161   StateInfo st;
162   uint64_t cnt = 0;
163   CheckInfo ci(pos);
164   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
165
166   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
167   {
168       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
169       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(*it);
171   }
172   return cnt;
173 }
174
175 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
176   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
177 }
178
179 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
180 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
181 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
182
183 void Search::think() {
184
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
186
187   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
188   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
189   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
190
191   if (RootMoves.empty())
192   {
193       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
194       sync_cout << "info depth 0 score "
195                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
196                 << sync_endl;
197
198       goto finalize;
199   }
200
201   if (Options["Write Search Log"])
202   {
203       Log log(Options["Search Log Filename"]);
204       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
205           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
206           << " ponder: "      << Limits.ponder
207           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
208           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
209           << " moves to go: " << Limits.movestogo
210           << "\n" << std::endl;
211   }
212
213   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
214   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
215       Threads[i]->maxPly = 0;
216
217   Threads.timer->run = true;
218   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
219
220   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
221
222   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
223
224   if (Options["Write Search Log"])
225   {
226       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
227
228       Log log(Options["Search Log Filename"]);
229       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
230           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
231           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
232
233       StateInfo st;
234       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
235       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
236       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
237   }
238
239 finalize:
240
241   // When search is stopped this info is not printed
242   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
243             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
244
245   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
246   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
247   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
248   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
249   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
250   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
251   {
252       Signals.stopOnPonderhit = true;
253       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
254   }
255
256   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
257   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
258             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
259             << sync_endl;
260 }
261
262
263 namespace {
264
265   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
266   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
267   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
268
269   void id_loop(Position& pos) {
270
271     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
272     int depth;
273     Value bestValue, alpha, beta, delta;
274
275     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
276     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
277
278     depth = 0;
279     BestMoveChanges = 0;
280     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
281     beta = VALUE_INFINITE;
282
283     TT.new_search();
284     History.clear();
285     Gains.clear();
286     Countermoves.clear();
287     Followupmoves.clear();
288
289     MultiPV = Options["MultiPV"];
290     Skill skill(Options["Skill Level"]);
291
292     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
293     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
294     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
295         MultiPV = 4;
296
297     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
298
299     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
300     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
301     {
302         // Age out PV variability metric
303         BestMoveChanges *= 0.5;
304
305         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
306         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
307         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
308             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
309
310         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
311         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
312         {
313             // Reset aspiration window starting size
314             if (depth >= 5)
315             {
316                 delta = Value(16);
317                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
318                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
319             }
320
321             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
322             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
323             // high/low anymore.
324             while (true)
325             {
326                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
327
328                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
329                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
330                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
331                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
332                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
333                 // search the already searched PV lines are preserved.
334                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
335
336                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
337                 // entries have been overwritten during the search.
338                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
339                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
340
341                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
342                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
343                 // valid, although it refers to previous iteration.
344                 if (Signals.stop)
345                     break;
346
347                 // When failing high/low give some update (without cluttering
348                 // the UI) before a re-search.
349                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
350                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
351                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
352
353                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
354                 // re-search, otherwise exit the loop.
355                 if (bestValue <= alpha)
356                 {
357                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
358
359                     Signals.failedLowAtRoot = true;
360                     Signals.stopOnPonderhit = false;
361                 }
362                 else if (bestValue >= beta)
363                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
364
365                 else
366                     break;
367
368                 delta += delta / 2;
369
370                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
371             }
372
373             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
374             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
375
376             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
377                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378         }
379
380         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
381         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
382             skill.pick_move();
383
384         if (Options["Write Search Log"])
385         {
386             RootMove& rm = RootMoves[0];
387             if (skill.best != MOVE_NONE)
388                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
389
390             Log log(Options["Search Log Filename"]);
391             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
392                 << std::endl;
393         }
394
395         // Have we found a "mate in x"?
396         if (   Limits.mate
397             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
398             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
399             Signals.stop = true;
400
401         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
402         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
403         {
404             // Take some extra time if the best move has changed
405             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
406                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
407
408             // Stop the search if only one legal move is available or all
409             // of the available time has been used.
410             if (   RootMoves.size() == 1
411                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
412             {
413                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
414                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
415                 if (Limits.ponder)
416                     Signals.stopOnPonderhit = true;
417                 else
418                     Signals.stop = true;
419             }
420         }
421     }
422   }
423
424
425   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
426   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
427   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
428   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
429   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
430   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
431
432   template <NodeType NT, bool SpNode>
433   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
434
435     const bool RootNode = NT == Root;
436     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
437
438     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
439     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
440     assert(depth > DEPTH_ZERO);
441
442     Move quietsSearched[64];
443     StateInfo st;
444     const TTEntry *tte;
445     SplitPoint* splitPoint;
446     Key posKey;
447     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
448     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
449     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
450     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
451     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
452     int moveCount, quietCount;
453
454     // Step 1. Initialize node
455     Thread* thisThread = pos.this_thread();
456     inCheck = pos.checkers();
457
458     if (SpNode)
459     {
460         splitPoint = ss->splitPoint;
461         bestMove   = splitPoint->bestMove;
462         bestValue  = splitPoint->bestValue;
463         tte = NULL;
464         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
465         ttValue = VALUE_NONE;
466
467         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
468
469         goto moves_loop;
470     }
471
472     moveCount = quietCount = 0;
473     bestValue = -VALUE_INFINITE;
474     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
475     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
476     (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
477     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
478
479     // Used to send selDepth info to GUI
480     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
481         thisThread->maxPly = ss->ply;
482
483     if (!RootNode)
484     {
485         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
486         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
487             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) + Tempo : DrawValue[pos.side_to_move()];
488
489         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
490         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
491         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
492         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
493         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
494         // mate. In this case return a fail-high score.
495         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
496         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
497         if (alpha >= beta)
498             return alpha;
499     }
500
501     // Step 4. Transposition table lookup
502     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
503     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
504     excludedMove = ss->excludedMove;
505     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
506     tte = TT.probe(posKey);
507     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
508     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
509
510     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
511     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
512     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
513     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
514     if (   !RootNode
515         && tte
516         && tte->depth() >= depth
517         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
518         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
519             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
520                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
521     {
522         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
523
524         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
525         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
526             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
527
528         return ttValue;
529     }
530
531     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
532     if (inCheck)
533     {
534         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
535         goto moves_loop;
536     }
537
538     else if (tte)
539     {
540         // Never assume anything on values stored in TT
541         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
542             eval = ss->staticEval = evaluate(pos) + Tempo;
543
544         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
545         if (ttValue != VALUE_NONE)
546             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
547                 eval = ttValue;
548     }
549     else
550     {
551         eval = ss->staticEval = ss->nullChild ? -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo : evaluate(pos) + Tempo;
552         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
553     }
554
555     if (   !pos.captured_piece_type()
556         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
557         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
558         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
559         &&  type_of(move) == NORMAL)
560     {
561         Square to = to_sq(move);
562         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
563     }
564
565     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
566     if (   !PvNode
567         &&  depth < 4 * ONE_PLY
568         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
569         &&  ttMove == MOVE_NONE
570         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
571         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
572     {
573         if (   depth <= ONE_PLY
574             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
575             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
576
577         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
578         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
579         if (v <= ralpha)
580             return v;
581     }
582
583     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
584     if (   !PvNode
585         && !ss->skipNullMove
586         &&  depth < 7 * ONE_PLY
587         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
588         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
589         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
590         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
591         return eval - futility_margin(depth);
592
593     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
594     if (   !PvNode
595         && !ss->skipNullMove
596         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
597         &&  eval >= beta
598         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
599         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
600     {
601         ss->currentMove = MOVE_NULL;
602
603         assert(eval - beta >= 0);
604
605         // Null move dynamic reduction based on depth and value
606         Depth R =  3 * ONE_PLY
607                  + depth / 4
608                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
609
610         pos.do_null_move(st);
611         (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = true;
612         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
613                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
614         (ss+1)->skipNullMove = (ss+1)->nullChild = false;
615         pos.undo_null_move();
616
617         if (nullValue >= beta)
618         {
619             // Do not return unproven mate scores
620             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
621                 nullValue = beta;
622
623             if (depth < 12 * ONE_PLY)
624                 return nullValue;
625
626             // Do verification search at high depths
627             ss->skipNullMove = true;
628             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
629                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
630             ss->skipNullMove = false;
631
632             if (v >= beta)
633                 return nullValue;
634         }
635     }
636
637     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
638     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
639     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
640     // prune the previous move.
641     if (   !PvNode
642         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
643         && !ss->skipNullMove
644         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
645     {
646         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
647         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
648
649         assert(rdepth >= ONE_PLY);
650         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
651         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
652
653         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
654         CheckInfo ci(pos);
655
656         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
657             if (pos.legal(move, ci.pinned))
658             {
659                 ss->currentMove = move;
660                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
661                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
662                 pos.undo_move(move);
663                 if (value >= rbeta)
664                     return value;
665             }
666     }
667
668     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
669     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
670         && !ttMove
671         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
672     {
673         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
674
675         ss->skipNullMove = true;
676         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
677         ss->skipNullMove = false;
678
679         tte = TT.probe(posKey);
680         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
681     }
682
683 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
684
685     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
686     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
687                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
688
689     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
690     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
691                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
692
693     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
694     CheckInfo ci(pos);
695     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
696     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
697                || ss->staticEval == VALUE_NONE
698                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
699
700     singularExtensionNode =   !RootNode
701                            && !SpNode
702                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
703                            &&  ttMove != MOVE_NONE
704                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
705                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
706                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
707
708     // Step 11. Loop through moves
709     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
710     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
711     {
712       assert(is_ok(move));
713
714       if (move == excludedMove)
715           continue;
716
717       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
718       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
719       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
720       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
721           continue;
722
723       if (SpNode)
724       {
725           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
726           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
727               continue;
728
729           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
730           splitPoint->mutex.unlock();
731       }
732       else
733           ++moveCount;
734
735       if (RootNode)
736       {
737           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
738
739           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
740               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
741                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
742                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
743       }
744
745       ext = DEPTH_ZERO;
746       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
747
748       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
749                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
750                   : pos.gives_check(move, ci);
751
752       dangerous =   givesCheck
753                  || type_of(move) != NORMAL
754                  || pos.advanced_pawn_push(move);
755
756       // Step 12. Extend checks
757       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
758           ext = ONE_PLY;
759
760       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
761       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
762       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
763       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
764       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
765       if (    singularExtensionNode
766           &&  move == ttMove
767           && !ext
768           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
769           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
770       {
771           assert(ttValue != VALUE_NONE);
772
773           Value rBeta = ttValue - int(depth);
774           ss->excludedMove = move;
775           ss->skipNullMove = true;
776           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
777           ss->skipNullMove = false;
778           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
779
780           if (value < rBeta)
781               ext = ONE_PLY;
782       }
783
784       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
785       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
786
787       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
788       if (   !PvNode
789           && !captureOrPromotion
790           && !inCheck
791           && !dangerous
792        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
793           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
794       {
795           // Move count based pruning
796           if (   depth < 16 * ONE_PLY
797               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
798           {
799               if (SpNode)
800                   splitPoint->mutex.lock();
801
802               continue;
803           }
804
805           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
806
807           // Futility pruning: parent node
808           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
809           {
810               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
811                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
812
813               if (futilityValue <= alpha)
814               {
815                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
816
817                   if (SpNode)
818                   {
819                       splitPoint->mutex.lock();
820                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
821                           splitPoint->bestValue = bestValue;
822                   }
823                   continue;
824               }
825           }
826
827           // Prune moves with negative SEE at low depths
828           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
829           {
830               if (SpNode)
831                   splitPoint->mutex.lock();
832
833               continue;
834           }
835       }
836
837       // Check for legality just before making the move
838       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
839       {
840           moveCount--;
841           continue;
842       }
843
844       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
845       ss->currentMove = move;
846       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
847           quietsSearched[quietCount++] = move;
848
849       // Step 14. Make the move
850       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
851
852       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
853       // re-searched at full depth.
854       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
855           && !pvMove
856           && !captureOrPromotion
857           &&  move != ttMove
858           &&  move != ss->killers[0]
859           &&  move != ss->killers[1])
860       {
861           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
862
863           if (!PvNode && cutNode)
864               ss->reduction += ONE_PLY;
865
866           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
867               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
868
869           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
870               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
871
872           // Decrease reduction for moves that escape a capture
873           if (   ss->reduction
874               && type_of(move) == NORMAL
875               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
876               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
877               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
878
879           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
880           if (SpNode)
881               alpha = splitPoint->alpha;
882
883           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
884
885           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
886           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
887           {
888               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
889               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
890           }
891
892           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
893           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
894       }
895       else
896           doFullDepthSearch = !pvMove;
897
898       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
899       if (doFullDepthSearch)
900       {
901           if (SpNode)
902               alpha = splitPoint->alpha;
903
904           value = newDepth < ONE_PLY ?
905                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
906                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
907                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
908       }
909
910       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
911       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
912       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
913       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
914           value = newDepth < ONE_PLY ?
915                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
916                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
917                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
918       // Step 17. Undo move
919       pos.undo_move(move);
920
921       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
922
923       // Step 18. Check for new best move
924       if (SpNode)
925       {
926           splitPoint->mutex.lock();
927           bestValue = splitPoint->bestValue;
928           alpha = splitPoint->alpha;
929       }
930
931       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
932       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
933       // updating best move, PV and TT.
934       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
935           return VALUE_ZERO;
936
937       if (RootNode)
938       {
939           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
940
941           // PV move or new best move ?
942           if (pvMove || value > alpha)
943           {
944               rm.score = value;
945               rm.extract_pv_from_tt(pos);
946
947               // We record how often the best move has been changed in each
948               // iteration. This information is used for time management: When
949               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
950               if (!pvMove)
951                   ++BestMoveChanges;
952           }
953           else
954               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
955               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
956               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
957               rm.score = -VALUE_INFINITE;
958       }
959
960       if (value > bestValue)
961       {
962           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
963
964           if (value > alpha)
965           {
966               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
967
968               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
969                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
970               else
971               {
972                   assert(value >= beta); // Fail high
973
974                   if (SpNode)
975                       splitPoint->cutoff = true;
976
977                   break;
978               }
979           }
980       }
981
982       // Step 19. Check for splitting the search
983       if (   !SpNode
984           &&  Threads.size() >= 2
985           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
986           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
987                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
988           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
989       {
990           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
991
992           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
993                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
994
995           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
996               return VALUE_ZERO;
997
998           if (bestValue >= beta)
999               break;
1000       }
1001     }
1002
1003     if (SpNode)
1004         return bestValue;
1005
1006     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1007     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1008     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1009     /*
1010        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1011         return VALUE_DRAW;
1012     */
1013
1014     // Step 20. Check for mate and stalemate
1015     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1016     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1017     // return a fail low score.
1018     if (!moveCount)
1019         bestValue = excludedMove ? alpha
1020                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1021
1022     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1023     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1024         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1025
1026     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1027              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1028              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1029              depth, bestMove, ss->staticEval);
1030
1031     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1032
1033     return bestValue;
1034   }
1035
1036
1037   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1038   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1039   // less than ONE_PLY).
1040
1041   template <NodeType NT, bool InCheck>
1042   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1043
1044     const bool PvNode = NT == PV;
1045
1046     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1047     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1048     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1049     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1050     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1051
1052     StateInfo st;
1053     const TTEntry* tte;
1054     Key posKey;
1055     Move ttMove, move, bestMove;
1056     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1057     bool givesCheck, evasionPrunable;
1058     Depth ttDepth;
1059
1060     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1061     if (PvNode)
1062         oldAlpha = alpha;
1063
1064     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1065     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1066
1067     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1068     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1069         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) + Tempo : DrawValue[pos.side_to_move()];
1070
1071     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1072     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1073     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1074     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1075                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1076
1077     // Transposition table lookup
1078     posKey = pos.key();
1079     tte = TT.probe(posKey);
1080     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1081     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1082
1083     if (   tte
1084         && tte->depth() >= ttDepth
1085         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1086         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1087             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1088                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1089     {
1090         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1091         return ttValue;
1092     }
1093
1094     // Evaluate the position statically
1095     if (InCheck)
1096     {
1097         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1098         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1099     }
1100     else
1101     {
1102         if (tte)
1103         {
1104             // Never assume anything on values stored in TT
1105             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1106                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos) + Tempo;
1107
1108             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1109             if (ttValue != VALUE_NONE)
1110                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1111                     bestValue = ttValue;
1112         }
1113         else
1114             ss->staticEval = bestValue = ss->nullChild ? -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo : evaluate(pos) + Tempo;
1115
1116         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1117         if (bestValue >= beta)
1118         {
1119             if (!tte)
1120                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1121                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1122
1123             return bestValue;
1124         }
1125
1126         if (PvNode && bestValue > alpha)
1127             alpha = bestValue;
1128
1129         futilityBase = bestValue + 128;
1130     }
1131
1132     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1133     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1134     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1135     // be generated.
1136     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1137     CheckInfo ci(pos);
1138
1139     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1140     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1141     {
1142       assert(is_ok(move));
1143
1144       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1145                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1146                   : pos.gives_check(move, ci);
1147
1148       // Futility pruning
1149       if (   !PvNode
1150           && !InCheck
1151           && !givesCheck
1152           &&  move != ttMove
1153           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1154           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1155       {
1156           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1157
1158           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1159
1160           if (futilityValue < beta)
1161           {
1162               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1163               continue;
1164           }
1165
1166           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1167           {
1168               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1169               continue;
1170           }
1171       }
1172
1173       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1174       evasionPrunable =    InCheck
1175                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1176                        && !pos.capture(move)
1177                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1178
1179       // Don't search moves with negative SEE values
1180       if (   !PvNode
1181           && (!InCheck || evasionPrunable)
1182           &&  move != ttMove
1183           &&  type_of(move) != PROMOTION
1184           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1185           continue;
1186
1187       // Check for legality just before making the move
1188       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1189           continue;
1190
1191       ss->currentMove = move;
1192
1193       // Make and search the move
1194       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1195       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1196                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1197       pos.undo_move(move);
1198
1199       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1200
1201       // Check for new best move
1202       if (value > bestValue)
1203       {
1204           bestValue = value;
1205
1206           if (value > alpha)
1207           {
1208               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1209               {
1210                   alpha = value;
1211                   bestMove = move;
1212               }
1213               else // Fail high
1214               {
1215                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1216                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1217
1218                   return value;
1219               }
1220           }
1221        }
1222     }
1223
1224     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1225     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1226     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1227         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1228
1229     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1230              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1231              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1232
1233     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1234
1235     return bestValue;
1236   }
1237
1238
1239   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1240   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1241   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1242
1243   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1244
1245     assert(v != VALUE_NONE);
1246
1247     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1248           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1249   }
1250
1251
1252   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1253   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1254   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1255
1256   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1257
1258     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1259           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1260           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1261   }
1262
1263
1264   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1265   // of a quiet move.
1266
1267   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1268
1269     if (ss->killers[0] != move)
1270     {
1271         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1272         ss->killers[0] = move;
1273     }
1274
1275     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1276     // played quiet moves.
1277     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1278     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1279     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1280     {
1281         Move m = quiets[i];
1282         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1283     }
1284
1285     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1286     {
1287         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1288         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1289     }
1290
1291     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1292     {
1293         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1294         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1295     }
1296   }
1297
1298
1299   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1300   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1301
1302   Move Skill::pick_move() {
1303
1304     static RKISS rk;
1305
1306     // PRNG sequence should be not deterministic
1307     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1308         rk.rand<unsigned>();
1309
1310     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1311     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1312     int weakness = 120 - 2 * level;
1313     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1314     best = MOVE_NONE;
1315
1316     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1317     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1318     // then we choose the move with the resulting highest score.
1319     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1320     {
1321         int s = RootMoves[i].score;
1322
1323         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1324         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1325             break;
1326
1327         // This is our magic formula
1328         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1329               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1330
1331         if (s > max_s)
1332         {
1333             max_s = s;
1334             best = RootMoves[i].pv[0];
1335         }
1336     }
1337     return best;
1338   }
1339
1340
1341   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1342   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1343   // search score.
1344
1345   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1346
1347     std::stringstream ss;
1348     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1349     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1350     int selDepth = 0;
1351
1352     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1353         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1354             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1355
1356     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1357     {
1358         bool updated = (i <= PVIdx);
1359
1360         if (depth == 1 && !updated)
1361             continue;
1362
1363         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1364         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1365
1366         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1367             ss << "\n";
1368
1369         ss << "info depth " << d
1370            << " seldepth "  << selDepth
1371            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1372            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1373            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1374            << " time "      << elapsed
1375            << " multipv "   << i + 1
1376            << " pv";
1377
1378         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1379             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1380     }
1381
1382     return ss.str();
1383   }
1384
1385 } // namespace
1386
1387
1388 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1389 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1390 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1391 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1392
1393 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1394
1395   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1396   const TTEntry* tte;
1397   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1398   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1399   Value expectedScore = score;
1400
1401   pv.clear();
1402
1403   do {
1404       pv.push_back(m);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1407
1408       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1409       tte = TT.probe(pos.key());
1410       expectedScore = -expectedScore;
1411
1412   } while (   tte
1413            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1414            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1415            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1416            && ply < MAX_PLY
1417            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1418
1419   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1420
1421   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1422 }
1423
1424
1425 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1426 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1427 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1428
1429 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1430
1431   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1432   const TTEntry* tte;
1433   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1434
1435   do {
1436       tte = TT.probe(pos.key());
1437
1438       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1439           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1440
1441       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1442
1443       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1444
1445   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1446
1447   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1448 }
1449
1450
1451 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1452
1453 void Thread::idle_loop() {
1454
1455   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1456   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1457   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1458
1459   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1460
1461   while (true)
1462   {
1463       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1464       // wasting CPU time polling for work.
1465       while (!searching || exit)
1466       {
1467           if (exit)
1468           {
1469               assert(!this_sp);
1470               return;
1471           }
1472
1473           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1474           mutex.lock();
1475
1476           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1477           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1478           {
1479               mutex.unlock();
1480               break;
1481           }
1482
1483           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1484           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1485           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1486           // we had the chance to grab the lock.
1487           if (!searching && !exit)
1488               sleepCondition.wait(mutex);
1489
1490           mutex.unlock();
1491       }
1492
1493       // If this thread has been assigned work, launch a search
1494       if (searching)
1495       {
1496           assert(!exit);
1497
1498           Threads.mutex.lock();
1499
1500           assert(searching);
1501           assert(activeSplitPoint);
1502           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1503
1504           Threads.mutex.unlock();
1505
1506           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1507           Position pos(*sp->pos, this);
1508
1509           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1510           ss->splitPoint = sp;
1511
1512           sp->mutex.lock();
1513
1514           assert(activePosition == NULL);
1515
1516           activePosition = &pos;
1517
1518           if (sp->nodeType == NonPV)
1519               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1520
1521           else if (sp->nodeType == PV)
1522               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else if (sp->nodeType == Root)
1525               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526
1527           else
1528               assert(false);
1529
1530           assert(searching);
1531
1532           searching = false;
1533           activePosition = NULL;
1534           sp->slavesMask.reset(idx);
1535           sp->allSlavesSearching = false;
1536           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1537
1538           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1539           // loop in case we are the last slave of the split point.
1540           if (    this != sp->masterThread
1541               &&  sp->slavesMask.none())
1542           {
1543               assert(!sp->masterThread->searching);
1544               sp->masterThread->notify_one();
1545           }
1546
1547           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1548           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1549           // the sp master.
1550           sp->mutex.unlock();
1551
1552           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1553           // already finished.
1554           if (Threads.size() > 2)
1555               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1556               {
1557                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1558                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1559
1560                   if (   sp
1561                       && sp->allSlavesSearching
1562                       && available_to(Threads[i]))
1563                   {
1564                       // Recheck the conditions under lock protection
1565                       Threads.mutex.lock();
1566                       sp->mutex.lock();
1567
1568                       if (   sp->allSlavesSearching
1569                           && available_to(Threads[i]))
1570                       {
1571                            sp->slavesMask.set(idx);
1572                            activeSplitPoint = sp;
1573                            searching = true;
1574                       }
1575
1576                       sp->mutex.unlock();
1577                       Threads.mutex.unlock();
1578
1579                       break; // Just a single attempt
1580                   }
1581               }
1582       }
1583
1584       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1585       // their work at this split point, return from the idle loop.
1586       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1587       {
1588           this_sp->mutex.lock();
1589           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1590           this_sp->mutex.unlock();
1591           if (finished)
1592               return;
1593       }
1594   }
1595 }
1596
1597
1598 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1599 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1600 /// available time and thus stop the search.
1601
1602 void check_time() {
1603
1604   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1605   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1606
1607   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1608   {
1609       lastInfoTime = Time::now();
1610       dbg_print();
1611   }
1612
1613   if (Limits.ponder)
1614       return;
1615
1616   if (Limits.nodes)
1617   {
1618       Threads.mutex.lock();
1619
1620       nodes = RootPos.nodes_searched();
1621
1622       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1623       // all the currently active positions nodes.
1624       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1625           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1626           {
1627               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1628
1629               sp.mutex.lock();
1630
1631               nodes += sp.nodes;
1632
1633               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1634                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1635                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1636
1637               sp.mutex.unlock();
1638           }
1639
1640       Threads.mutex.unlock();
1641   }
1642
1643   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1644   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1645                          && !Signals.failedLowAtRoot
1646                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1647
1648   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1649                    || stillAtFirstMove;
1650
1651   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1652       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1653       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1654       Signals.stop = true;
1655 }