3ac52f8c0f9cbd0910b00ab1a05532c198c291b1
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 namespace Tablebases {
48
49   int Cardinality;
50   uint64_t Hits;
51   bool RootInTB;
52   bool UseRule50;
53   Depth ProbeDepth;
54   Value Score;
55 }
56
57 namespace TB = Tablebases;
58
59 using std::string;
60 using Eval::evaluate;
61 using namespace Search;
62
63 namespace {
64
65   // Different node types, used as template parameter
66   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
67
68   // Razoring and futility margin based on depth
69   Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
70   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
71
72   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
73   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
74   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
75
76   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   // Skill struct is used to implement strength limiting
81   struct Skill {
82     Skill(int l) : level(l) {}
83     bool enabled() const { return level < 20; }
84     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
85     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
86     Move pick_best(size_t multiPV);
87
88     int level;
89     Move best = MOVE_NONE;
90   };
91
92   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
93   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
94   struct EasyMoveManager {
95
96     void clear() {
97       stableCnt = 0;
98       expectedPosKey = 0;
99       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
100     }
101
102     Move get(Key key) const {
103       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
104     }
105
106     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
107
108       assert(newPv.size() >= 3);
109
110       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
111       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
112
113       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
114       {
115           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
116
117           StateInfo st[2];
118           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
119           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
120           expectedPosKey = pos.key();
121           pos.undo_move(newPv[1]);
122           pos.undo_move(newPv[0]);
123       }
124     }
125
126     int stableCnt;
127     Key expectedPosKey;
128     Move pv[3];
129   };
130
131   size_t PVIdx;
132   EasyMoveManager EasyMove;
133   double BestMoveChanges;
134   Value DrawValue[COLOR_NB];
135   HistoryStats History;
136   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
137   MovesStats Countermoves;
138
139   template <NodeType NT, bool SpNode>
140   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
141
142   template <NodeType NT, bool InCheck>
143   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
144
145   void id_loop(Position& pos);
146   Value value_to_tt(Value v, int ply);
147   Value value_from_tt(Value v, int ply);
148   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
149   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
150
151 } // namespace
152
153
154 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
155
156 void Search::init() {
157
158   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
159
160   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
161       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
162           for (int d = 1; d < 64; ++d)
163               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
164               {
165                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
166
167                   if (r >= 1.5)
168                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
169
170                   // Increase reduction when eval is not improving
171                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
172                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
173               }
174
175   for (int d = 0; d < 16; ++d)
176   {
177       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
178       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
179   }
180 }
181
182
183 /// Search::reset() clears all search memory, to obtain reproducible search results
184
185 void Search::reset () {
186
187   TT.clear();
188   History.clear();
189   CounterMovesHistory.clear();
190   Countermoves.clear();
191 }
192
193
194 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
195 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
196 template<bool Root>
197 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
198
199   StateInfo st;
200   uint64_t cnt, nodes = 0;
201   CheckInfo ci(pos);
202   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
203
204   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
205   {
206       if (Root && depth <= ONE_PLY)
207           cnt = 1, nodes++;
208       else
209       {
210           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
211           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
212           nodes += cnt;
213           pos.undo_move(m);
214       }
215       if (Root)
216           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
217   }
218   return nodes;
219 }
220
221 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
222
223
224 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
225 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
226 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
227
228 void Search::think() {
229
230   Color us = RootPos.side_to_move();
231   Time.init(Limits, us, RootPos.game_ply(), now());
232
233   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
234   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
235   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
236
237   TB::Hits = 0;
238   TB::RootInTB = false;
239   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
240   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
241   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
242
243   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
244   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
245   {
246       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
247       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
248   }
249
250   if (RootMoves.empty())
251   {
252       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
260                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
261       {
262           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
263           // contains only moves that preserve the draw or win.
264           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
265
266           if (TB::RootInTB)
267               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
268
269           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
270           {
271               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
272               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
273
274               // Only probe during search if winning
275               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
276                   TB::Cardinality = 0;
277           }
278
279           if (TB::RootInTB)
280           {
281               TB::Hits = RootMoves.size();
282
283               if (!TB::UseRule50)
284                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
285                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
286                                                       :  VALUE_DRAW;
287           }
288       }
289
290       for (Thread* th : Threads)
291       {
292           th->maxPly = 0;
293           th->notify_one(); // Wake up all the threads
294       }
295
296       Threads.timer->run = true;
297       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
298
299       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
300
301       Threads.timer->run = false;
302   }
303
304   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
305   // the available ones before to exit.
306   if (Limits.npmsec)
307       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - RootPos.nodes_searched();
308
309   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
310   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
311   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
312   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
313   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
314   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
315   {
316       Signals.stopOnPonderhit = true;
317       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
318   }
319
320   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
321
322   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
323       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
324
325   std::cout << sync_endl;
326 }
327
328
329 namespace {
330
331   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
332   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
333   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
334
335   void id_loop(Position& pos) {
336
337     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
338     Depth depth;
339     Value bestValue, alpha, beta, delta;
340
341     Move easyMove = EasyMove.get(pos.key());
342     EasyMove.clear();
343
344     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
345
346     depth = DEPTH_ZERO;
347     BestMoveChanges = 0;
348     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349     beta = VALUE_INFINITE;
350
351     TT.new_search();
352
353     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
354     Skill skill(Options["Skill Level"]);
355
356     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
357     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
358     if (skill.enabled())
359         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
360
361     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
362
363     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
364     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
365     {
366         // Age out PV variability metric
367         BestMoveChanges *= 0.5;
368
369         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
370         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
371         for (RootMove& rm : RootMoves)
372             rm.previousScore = rm.score;
373
374         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
375         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
376         {
377             // Reset aspiration window starting size
378             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
379             {
380                 delta = Value(16);
381                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
382                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
383             }
384
385             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
386             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
387             // high/low anymore.
388             while (true)
389             {
390                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
391
392                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
393                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
394                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
395                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
396                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
397                 // search the already searched PV lines are preserved.
398                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
399
400                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
401                 // entries have been overwritten during the search.
402                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
403                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
404
405                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
406                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
407                 // valid, although it refers to previous iteration.
408                 if (Signals.stop)
409                     break;
410
411                 // When failing high/low give some update (without cluttering
412                 // the UI) before a re-search.
413                 if (   multiPV == 1
414                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
415                     && Time.elapsed() > 3000)
416                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
417
418                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
419                 // re-search, otherwise exit the loop.
420                 if (bestValue <= alpha)
421                 {
422                     beta = (alpha + beta) / 2;
423                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
424
425                     Signals.failedLowAtRoot = true;
426                     Signals.stopOnPonderhit = false;
427                 }
428                 else if (bestValue >= beta)
429                 {
430                     alpha = (alpha + beta) / 2;
431                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
432                 }
433                 else
434                     break;
435
436                 delta += delta / 2;
437
438                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
439             }
440
441             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
442             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
443
444             if (Signals.stop)
445                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
446                           << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
447
448             else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
449                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
450         }
451
452         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
453         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
454             skill.pick_best(multiPV);
455
456         // Have we found a "mate in x"?
457         if (   Limits.mate
458             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460             Signals.stop = true;
461
462         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
463         if (Limits.use_time_management())
464         {
465             if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
466             {
467                 // Take some extra time if the best move has changed
468                 if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
469                     Time.pv_instability(BestMoveChanges);
470
471                 // Stop the search if only one legal move is available or all
472                 // of the available time has been used or we matched an easyMove
473                 // from the previous search and just did a fast verification.
474                 if (   RootMoves.size() == 1
475                     || Time.elapsed() > Time.available()
476                     || (   RootMoves[0].pv[0] == easyMove
477                         && BestMoveChanges < 0.03
478                         && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
479                 {
480                     // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
481                     // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
482                     if (Limits.ponder)
483                         Signals.stopOnPonderhit = true;
484                     else
485                         Signals.stop = true;
486                 }
487             }
488
489             if (RootMoves[0].pv.size() >= 3)
490                 EasyMove.update(pos, RootMoves[0].pv);
491             else
492                 EasyMove.clear();
493         }
494     }
495
496     // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
497     // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
498     if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
499         EasyMove.clear();
500
501     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
502     if (skill.enabled())
503         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
504                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
505   }
506
507
508   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
509   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
510   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
511   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
512   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
513   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
514
515   template <NodeType NT, bool SpNode>
516   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
517
518     const bool RootNode = NT == Root;
519     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
520
521     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
522     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
523     assert(depth > DEPTH_ZERO);
524
525     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
526     StateInfo st;
527     TTEntry* tte;
528     SplitPoint* splitPoint;
529     Key posKey;
530     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
531     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
532     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
533     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
534     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
535     int moveCount, quietCount;
536
537     // Step 1. Initialize node
538     Thread* thisThread = pos.this_thread();
539     inCheck = pos.checkers();
540
541     if (SpNode)
542     {
543         splitPoint = ss->splitPoint;
544         bestMove   = splitPoint->bestMove;
545         bestValue  = splitPoint->bestValue;
546         tte = nullptr;
547         ttHit = false;
548         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
549         ttValue = VALUE_NONE;
550
551         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
552
553         goto moves_loop;
554     }
555
556     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
557     bestValue = -VALUE_INFINITE;
558     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
559
560     // Used to send selDepth info to GUI
561     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
562         thisThread->maxPly = ss->ply;
563
564     if (!RootNode)
565     {
566         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
567         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
568             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
569
570         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
571         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
572         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
573         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
574         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
575         // mate. In this case return a fail-high score.
576         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
577         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
578         if (alpha >= beta)
579             return alpha;
580     }
581
582     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
583
584     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
585     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
586     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
587
588     // Step 4. Transposition table lookup
589     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
590     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
591     excludedMove = ss->excludedMove;
592     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
593     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
594     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
595     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
596
597     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't prune at PV nodes
598     if (  !PvNode
599         && ttHit
600         && tte->depth() >= depth
601         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
602         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
603                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
604     {
605         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
606
607         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
608         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
609             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
610
611         return ttValue;
612     }
613
614     // Step 4a. Tablebase probe
615     if (!RootNode && TB::Cardinality)
616     {
617         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
618
619         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
620             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
621             &&  pos.rule50_count() == 0)
622         {
623             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
624
625             if (found)
626             {
627                 TB::Hits++;
628
629                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
630
631                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
632                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
633                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
634
635                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
636                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
637                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
638
639                 return value;
640             }
641         }
642     }
643
644     // Step 5. Evaluate the position statically
645     if (inCheck)
646     {
647         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
648         goto moves_loop;
649     }
650
651     else if (ttHit)
652     {
653         // Never assume anything on values stored in TT
654         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
655             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
656
657         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
658         if (ttValue != VALUE_NONE)
659             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
660                 eval = ttValue;
661     }
662     else
663     {
664         eval = ss->staticEval =
665         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
666
667         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
668     }
669
670     if (ss->skipEarlyPruning)
671         goto moves_loop;
672
673     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
674     if (   !PvNode
675         &&  depth < 4 * ONE_PLY
676         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
677         &&  ttMove == MOVE_NONE)
678     {
679         if (   depth <= ONE_PLY
680             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
681             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
682
683         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
684         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
685         if (v <= ralpha)
686             return v;
687     }
688
689     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
690     if (   !RootNode
691         &&  depth < 7 * ONE_PLY
692         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
693         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
694         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
695         return eval - futility_margin(depth);
696
697     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
698     if (   !PvNode
699         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
700         &&  eval >= beta
701         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
702     {
703         ss->currentMove = MOVE_NULL;
704
705         assert(eval - beta >= 0);
706
707         // Null move dynamic reduction based on depth and value
708         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
709
710         pos.do_null_move(st);
711         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
712         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
713                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
714         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
715         pos.undo_null_move();
716
717         if (nullValue >= beta)
718         {
719             // Do not return unproven mate scores
720             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
721                 nullValue = beta;
722
723             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
724                 return nullValue;
725
726             // Do verification search at high depths
727             ss->skipEarlyPruning = true;
728             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
729                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
730             ss->skipEarlyPruning = false;
731
732             if (v >= beta)
733                 return nullValue;
734         }
735     }
736
737     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
738     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
739     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
740     // prune the previous move.
741     if (   !PvNode
742         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
743         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
744     {
745         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
746         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
747
748         assert(rdepth >= ONE_PLY);
749         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
750         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
751
752         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
753         CheckInfo ci(pos);
754
755         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
756             if (pos.legal(move, ci.pinned))
757             {
758                 ss->currentMove = move;
759                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
760                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
761                 pos.undo_move(move);
762                 if (value >= rbeta)
763                     return value;
764             }
765     }
766
767     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
768     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
769         && !ttMove
770         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
771     {
772         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
773         ss->skipEarlyPruning = true;
774         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
775         ss->skipEarlyPruning = false;
776
777         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
778         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
779     }
780
781 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
782
783     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
784     Move countermove = Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq];
785
786     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermove, ss);
787     CheckInfo ci(pos);
788     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
789     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
790                || ss->staticEval == VALUE_NONE
791                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
792
793     singularExtensionNode =   !RootNode
794                            && !SpNode
795                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
796                            &&  ttMove != MOVE_NONE
797                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
798                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
799                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
800                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
801                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
802
803     // Step 11. Loop through moves
804     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
805     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
806     {
807       assert(is_ok(move));
808
809       if (move == excludedMove)
810           continue;
811
812       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
813       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
814       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
815       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
816           continue;
817
818       if (SpNode)
819       {
820           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
821           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
822               continue;
823
824           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
825           splitPoint->spinlock.release();
826       }
827       else
828           ++moveCount;
829       
830       ss->moveCount = moveCount;
831
832       if (RootNode)
833       {
834           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
835
836           if (thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
837               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
838                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
839                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
840       }
841
842       if (PvNode)
843           (ss+1)->pv = nullptr;
844
845       extension = DEPTH_ZERO;
846       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
847
848       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
849                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
850                   : pos.gives_check(move, ci);
851
852       dangerous =   givesCheck
853                  || type_of(move) != NORMAL
854                  || pos.advanced_pawn_push(move);
855
856       // Step 12. Extend checks
857       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
858           extension = ONE_PLY;
859
860       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
861       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
862       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
863       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
864       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
865       if (    singularExtensionNode
866           &&  move == ttMove
867           && !extension
868           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
869       {
870           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
871           ss->excludedMove = move;
872           ss->skipEarlyPruning = true;
873           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
874           ss->skipEarlyPruning = false;
875           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
876
877           if (value < rBeta)
878               extension = ONE_PLY;
879       }
880
881       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
882       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
883
884       // Step 13. Pruning at shallow depth
885       if (   !RootNode
886           && !captureOrPromotion
887           && !inCheck
888           && !dangerous
889           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
890       {
891           // Move count based pruning
892           if (   depth < 16 * ONE_PLY
893               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
894           {
895               if (SpNode)
896                   splitPoint->spinlock.acquire();
897
898               continue;
899           }
900
901           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
902
903           // Futility pruning: parent node
904           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
905           {
906               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
907
908               if (futilityValue <= alpha)
909               {
910                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
911
912                   if (SpNode)
913                   {
914                       splitPoint->spinlock.acquire();
915                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
916                           splitPoint->bestValue = bestValue;
917                   }
918                   continue;
919               }
920           }
921
922           // Prune moves with negative SEE at low depths
923           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
924           {
925               if (SpNode)
926                   splitPoint->spinlock.acquire();
927
928               continue;
929           }
930       }
931
932       // Speculative prefetch as early as possible
933       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
934
935       // Check for legality just before making the move
936       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
937       {
938           moveCount--;
939           ss->moveCount = moveCount;
940           continue;
941       }
942
943       ss->currentMove = move;
944
945       // Step 14. Make the move
946       pos.do_move(move, st, givesCheck);
947
948       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
949       // re-searched at full depth.
950       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
951           &&  moveCount > 1
952           && !captureOrPromotion
953           &&  move != ss->killers[0]
954           &&  move != ss->killers[1])
955       {
956           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
957
958           if (   (!PvNode && cutNode)
959               || (   History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
960                   && CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq]
961                                         [pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
962               ss->reduction += ONE_PLY;
963
964           if (   History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
965               && CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq]
966                                     [pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
967               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
968
969           // Decrease reduction for moves that escape a capture
970           if (   ss->reduction
971               && type_of(move) == NORMAL
972               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
973               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
974               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
975
976           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
977           if (SpNode)
978               alpha = splitPoint->alpha;
979
980           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
981
982           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
983           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
984       }
985       else
986           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
987
988       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
989       if (doFullDepthSearch)
990       {
991           if (SpNode)
992               alpha = splitPoint->alpha;
993
994           value = newDepth <   ONE_PLY ?
995                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
996                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
997                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
998       }
999
1000       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1001       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1002       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1003       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1004       {
1005           (ss+1)->pv = pv;
1006           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1007
1008           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1009                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1010                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1011                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1012       }
1013
1014       // Step 17. Undo move
1015       pos.undo_move(move);
1016
1017       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1018
1019       // Step 18. Check for new best move
1020       if (SpNode)
1021       {
1022           splitPoint->spinlock.acquire();
1023           bestValue = splitPoint->bestValue;
1024           alpha = splitPoint->alpha;
1025       }
1026
1027       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
1028       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
1029       // updating best move, PV and TT.
1030       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1031           return VALUE_ZERO;
1032
1033       if (RootNode)
1034       {
1035           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1036
1037           // PV move or new best move ?
1038           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1039           {
1040               rm.score = value;
1041               rm.pv.resize(1);
1042
1043               assert((ss+1)->pv);
1044
1045               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1046                   rm.pv.push_back(*m);
1047
1048               // We record how often the best move has been changed in each
1049               // iteration. This information is used for time management: When
1050               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1051               if (moveCount > 1)
1052                   ++BestMoveChanges;
1053           }
1054           else
1055               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1056               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1057               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1058               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1059       }
1060
1061       if (value > bestValue)
1062       {
1063           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1064
1065           if (value > alpha)
1066           {
1067               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1068               if (    PvNode
1069                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1070                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1071                   EasyMove.clear();
1072
1073               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1074
1075               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1076                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1077
1078               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1079                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1080               else
1081               {
1082                   assert(value >= beta); // Fail high
1083
1084                   if (SpNode)
1085                       splitPoint->cutoff = true;
1086
1087                   break;
1088               }
1089           }
1090       }
1091
1092       if (!SpNode && !captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1093           quietsSearched[quietCount++] = move;
1094
1095       // Step 19. Check for splitting the search
1096       if (   !SpNode
1097           &&  Threads.size() >= 2
1098           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1099           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1100                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1101                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1102                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1103           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1104       {
1105           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1106
1107           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1108                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1109
1110           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1111               return VALUE_ZERO;
1112
1113           if (bestValue >= beta)
1114               break;
1115       }
1116     }
1117
1118     if (SpNode)
1119         return bestValue;
1120
1121     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1122     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1123     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1124     /*
1125        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1126         return VALUE_DRAW;
1127     */
1128
1129     // Step 20. Check for mate and stalemate
1130     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1131     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1132     // return a fail low score.
1133     if (!moveCount)
1134         bestValue = excludedMove ? alpha
1135                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1136
1137     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1138     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1139         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1140
1141     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1142               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1143               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1144               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1145
1146     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1147
1148     return bestValue;
1149   }
1150
1151
1152   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1153   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1154   // less than ONE_PLY).
1155
1156   template <NodeType NT, bool InCheck>
1157   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1158
1159     const bool PvNode = NT == PV;
1160
1161     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1162     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1163     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1164     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1165     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1166
1167     Move pv[MAX_PLY+1];
1168     StateInfo st;
1169     TTEntry* tte;
1170     Key posKey;
1171     Move ttMove, move, bestMove;
1172     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1173     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1174     Depth ttDepth;
1175
1176     if (PvNode)
1177     {
1178         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1179         (ss+1)->pv = pv;
1180         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1181     }
1182
1183     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1184     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1185
1186     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1187     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1188         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1189
1190     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1191
1192     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1193     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1194     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1195     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1196                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1197
1198     // Transposition table lookup
1199     posKey = pos.key();
1200     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1201     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1202     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1203
1204     if (  !PvNode
1205         && ttHit
1206         && tte->depth() >= ttDepth
1207         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1208         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1209                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1210     {
1211         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1212         return ttValue;
1213     }
1214
1215     // Evaluate the position statically
1216     if (InCheck)
1217     {
1218         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1219         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1220     }
1221     else
1222     {
1223         if (ttHit)
1224         {
1225             // Never assume anything on values stored in TT
1226             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1227                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1228
1229             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1230             if (ttValue != VALUE_NONE)
1231                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1232                     bestValue = ttValue;
1233         }
1234         else
1235             ss->staticEval = bestValue =
1236             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1237
1238         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1239         if (bestValue >= beta)
1240         {
1241             if (!ttHit)
1242                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1243                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1244
1245             return bestValue;
1246         }
1247
1248         if (PvNode && bestValue > alpha)
1249             alpha = bestValue;
1250
1251         futilityBase = bestValue + 128;
1252     }
1253
1254     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1255     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1256     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1257     // be generated.
1258     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1259     CheckInfo ci(pos);
1260
1261     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1262     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1263     {
1264       assert(is_ok(move));
1265
1266       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1267                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1268                   : pos.gives_check(move, ci);
1269
1270       // Futility pruning
1271       if (   !InCheck
1272           && !givesCheck
1273           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1274           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1275       {
1276           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1277
1278           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1279
1280           if (futilityValue <= alpha)
1281           {
1282               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1283               continue;
1284           }
1285
1286           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1287           {
1288               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1289               continue;
1290           }
1291       }
1292
1293       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1294       evasionPrunable =    InCheck
1295                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1296                        && !pos.capture(move);
1297
1298       // Don't search moves with negative SEE values
1299       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1300           &&  type_of(move) != PROMOTION
1301           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1302           continue;
1303
1304       // Speculative prefetch as early as possible
1305       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1306
1307       // Check for legality just before making the move
1308       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1309           continue;
1310
1311       ss->currentMove = move;
1312
1313       // Make and search the move
1314       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1315       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1316                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1317       pos.undo_move(move);
1318
1319       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1320
1321       // Check for new best move
1322       if (value > bestValue)
1323       {
1324           bestValue = value;
1325
1326           if (value > alpha)
1327           {
1328               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1329                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1330
1331               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1332               {
1333                   alpha = value;
1334                   bestMove = move;
1335               }
1336               else // Fail high
1337               {
1338                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1339                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1340
1341                   return value;
1342               }
1343           }
1344        }
1345     }
1346
1347     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1348     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1349     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1350         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1351
1352     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1353               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1354               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1355
1356     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1357
1358     return bestValue;
1359   }
1360
1361
1362   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1363   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1364   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1365
1366   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1367
1368     assert(v != VALUE_NONE);
1369
1370     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1371           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1372   }
1373
1374
1375   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1376   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1377   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1378
1379   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1380
1381     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1382           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1383           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1384   }
1385
1386
1387   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1388
1389   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1390
1391     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1392         *pv++ = *childPv++;
1393     *pv = MOVE_NONE;
1394   }
1395
1396
1397   // update_stats() updates killers, history, countermove history and
1398   // countermoves stats for a quiet best move.
1399
1400   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1401                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1402
1403     if (ss->killers[0] != move)
1404     {
1405         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1406         ss->killers[0] = move;
1407     }
1408
1409     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1410
1411     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1412     HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1413
1414     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1415
1416     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1417     {
1418         Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1419         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1420     }
1421
1422     // Decrease all the other played quiet moves
1423     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1424     {
1425         History.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1426
1427         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1428             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1429     }
1430
1431     // Extra penalty for PV move in previous ply when it gets refuted
1432     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->moveCount==1 && !pos.captured_piece_type())
1433     {
1434         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1435         HistoryStats& ttMoveCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1436         ttMoveCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * depth / ONE_PLY - 1);
1437     }
1438   }
1439
1440
1441   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1442   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1443
1444   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1445
1446     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1447     static PRNG rng(now());
1448
1449     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1450     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1451     int weakness = 120 - 2 * level;
1452     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1453
1454     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1455     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1456     // then we choose the move with the resulting highest score.
1457     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1458     {
1459         // This is our magic formula
1460         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1461                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1462
1463         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1464         {
1465             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1466             best = RootMoves[i].pv[0];
1467         }
1468     }
1469     return best;
1470   }
1471
1472 } // namespace
1473
1474
1475 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1476 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1477
1478 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1479
1480   std::stringstream ss;
1481   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1482   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1483   int selDepth = 0;
1484
1485   for (Thread* th : Threads)
1486       if (th->maxPly > selDepth)
1487           selDepth = th->maxPly;
1488
1489   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1490   {
1491       bool updated = (i <= PVIdx);
1492
1493       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1494           continue;
1495
1496       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1497       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1498
1499       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1500       v = tb ? TB::Score : v;
1501
1502       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1503           ss << "\n";
1504
1505       ss << "info"
1506          << " depth "    << d / ONE_PLY
1507          << " seldepth " << selDepth
1508          << " multipv "  << i + 1
1509          << " score "    << UCI::value(v);
1510
1511       if (!tb && i == PVIdx)
1512           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1513
1514       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1515          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1516
1517       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1518           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1519
1520       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1521          << " time "     << elapsed
1522          << " pv";
1523
1524       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1525           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1526   }
1527
1528   return ss.str();
1529 }
1530
1531
1532 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1533 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1534 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1535
1536 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1537
1538   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1539   bool ttHit;
1540
1541   for (Move m : pv)
1542   {
1543       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1544
1545       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1546
1547       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1548           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1549
1550       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1551   }
1552
1553   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1554       pos.undo_move(pv[--i]);
1555 }
1556
1557
1558 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1559 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1560 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1561 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1562
1563 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1564 {
1565     StateInfo st;
1566     bool ttHit;
1567
1568     assert(pv.size() == 1);
1569
1570     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1571     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1572     pos.undo_move(pv[0]);
1573
1574     if (ttHit)
1575     {
1576         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1577         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1578            return pv.push_back(m), true;
1579     }
1580
1581     return false;
1582 }
1583
1584
1585 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1586
1587 void Thread::idle_loop() {
1588
1589   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1590   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1591   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1592
1593   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1594
1595   while (!exit && !(this_sp && this_sp->slavesMask.none()))
1596   {
1597       // If this thread has been assigned work, launch a search
1598       while (searching)
1599       {
1600           spinlock.acquire();
1601
1602           assert(activeSplitPoint);
1603           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1604
1605           spinlock.release();
1606
1607           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1608           Position pos(*sp->pos, this);
1609
1610           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1611           ss->splitPoint = sp;
1612
1613           sp->spinlock.acquire();
1614
1615           assert(activePosition == nullptr);
1616
1617           activePosition = &pos;
1618
1619           if (sp->nodeType == NonPV)
1620               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1621
1622           else if (sp->nodeType == PV)
1623               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1624
1625           else if (sp->nodeType == Root)
1626               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1627
1628           else
1629               assert(false);
1630
1631           assert(searching);
1632
1633           searching = false;
1634           activePosition = nullptr;
1635           sp->slavesMask.reset(idx);
1636           sp->allSlavesSearching = false;
1637           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1638
1639           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1640           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1641           // the sp master.
1642           sp->spinlock.release();
1643
1644           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1645           // already finished.
1646           SplitPoint* bestSp = NULL;
1647           int minLevel = INT_MAX;
1648
1649           for (Thread* th : Threads)
1650           {
1651               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1652               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1653
1654               if (   sp
1655                   && sp->allSlavesSearching
1656                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1657                   && can_join(sp))
1658               {
1659                   assert(this != th);
1660                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1661                   assert(Threads.size() > 2);
1662
1663                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1664                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1665                   int level = 0;
1666                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1667                       level++;
1668
1669                   if (level < minLevel)
1670                   {
1671                       bestSp = sp;
1672                       minLevel = level;
1673                   }
1674               }
1675           }
1676
1677           if (bestSp)
1678           {
1679               sp = bestSp;
1680
1681               // Recheck the conditions under lock protection
1682               sp->spinlock.acquire();
1683
1684               if (   sp->allSlavesSearching
1685                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1686               {
1687                   spinlock.acquire();
1688
1689                   if (can_join(sp))
1690                   {
1691                       sp->slavesMask.set(idx);
1692                       activeSplitPoint = sp;
1693                       searching = true;
1694                   }
1695
1696                   spinlock.release();
1697               }
1698
1699               sp->spinlock.release();
1700           }
1701       }
1702
1703       // If search is finished then sleep, otherwise just yield
1704       if (!Threads.main()->thinking)
1705       {
1706           assert(!this_sp);
1707
1708           std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1709           while (!exit && !Threads.main()->thinking)
1710               sleepCondition.wait(lk);
1711       }
1712       else
1713           std::this_thread::yield(); // Wait for a new job or for our slaves to finish
1714   }
1715 }
1716
1717
1718 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1719 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1720 /// available time and thus stop the search.
1721
1722 void check_time() {
1723
1724   static TimePoint lastInfoTime = now();
1725   int elapsed = Time.elapsed();
1726
1727   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1728   {
1729       lastInfoTime = now();
1730       dbg_print();
1731   }
1732
1733   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1734   if (Limits.ponder)
1735       return;
1736
1737   if (Limits.use_time_management())
1738   {
1739       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1740                              && !Signals.failedLowAtRoot
1741                              &&  elapsed > Time.available() * 75 / 100;
1742
1743       if (   stillAtFirstMove
1744           || elapsed > Time.maximum() - 2 * TimerThread::Resolution)
1745           Signals.stop = true;
1746   }
1747   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1748       Signals.stop = true;
1749
1750   else if (Limits.nodes)
1751   {
1752       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1753
1754       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1755       // all the currently active positions nodes.
1756       // FIXME: Racy...
1757       for (Thread* th : Threads)
1758           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1759           {
1760               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1761
1762               sp.spinlock.acquire();
1763
1764               nodes += sp.nodes;
1765
1766               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1767                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1768                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1769
1770               sp.spinlock.release();
1771           }
1772
1773       if (nodes >= Limits.nodes)
1774           Signals.stop = true;
1775   }
1776 }