4ac4c086c00e18f29419c96df0696b3f2f23cfc0
[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 "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.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   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * d);
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t MultiPV, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT, bool SpNode>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
189   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
190   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
191
192   if (RootMoves.empty())
193   {
194       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
195       sync_cout << "info depth 0 score "
196                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
197                 << sync_endl;
198
199       goto finalize;
200   }
201
202   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
203   {
204       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
205
206       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
207       {
208           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
209           goto finalize;
210       }
211   }
212
213   if (Options["Write Search Log"])
214   {
215       Log log(Options["Search Log Filename"]);
216       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
217           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
218           << " ponder: "      << Limits.ponder
219           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
220           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
221           << " moves to go: " << Limits.movestogo
222           << "\n" << std::endl;
223   }
224
225   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
226   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
227       Threads[i]->maxPly = 0;
228
229   Threads.timer->run = true;
230   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
231
232   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
233
234   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
235
236   if (Options["Write Search Log"])
237   {
238       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
239
240       Log log(Options["Search Log Filename"]);
241       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
242           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
243           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
244
245       StateInfo st;
246       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
247       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
248       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
249   }
250
251 finalize:
252
253   // When search is stopped this info is not printed
254   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
255             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
256
257   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
258   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
259   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
260   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
261   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
262   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
263   {
264       Signals.stopOnPonderhit = true;
265       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
266   }
267
268   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
269   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
270             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
271             << sync_endl;
272 }
273
274
275 namespace {
276
277   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
278   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
279   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280
281   void id_loop(Position& pos) {
282
283     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
284     int depth;
285     Value bestValue, alpha, beta, delta;
286
287     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
288     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
289
290     depth = 0;
291     BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
293     beta = VALUE_INFINITE;
294
295     TT.new_search();
296     History.clear();
297     Gains.clear();
298     Countermoves.clear();
299     Followupmoves.clear();
300
301     MultiPV = Options["MultiPV"];
302     Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
305     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
307         MultiPV = 4;
308
309     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
310
311     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
312     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
313     {
314         // Age out PV variability metric
315         BestMoveChanges *= 0.5;
316
317         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
318         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
319         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
320             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
321
322         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
323         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
324         {
325             // Reset aspiration window starting size
326             if (depth >= 5)
327             {
328                 delta = Value(16);
329                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
330                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
331             }
332
333             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
334             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
335             // high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
339
340                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
341                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
342                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
343                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
344                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
345                 // search the already searched PV lines are preserved.
346                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
347
348                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
349                 // entries have been overwritten during the search.
350                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
351                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
352
353                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
354                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
355                 // valid, although it refers to previous iteration.
356                 if (Signals.stop)
357                     break;
358
359                 // When failing high/low give some update (without cluttering
360                 // the UI) before a re-search.
361                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
362                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
363                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
364
365                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
366                 // re-search, otherwise exit the loop.
367                 if (bestValue <= alpha)
368                 {
369                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
370
371                     Signals.failedLowAtRoot = true;
372                     Signals.stopOnPonderhit = false;
373                 }
374                 else if (bestValue >= beta)
375                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
376
377                 else
378                     break;
379
380                 delta += delta / 2;
381
382                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
383             }
384
385             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
386             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
387
388             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
389                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
390         }
391
392         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
393         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
394             skill.pick_move();
395
396         if (Options["Write Search Log"])
397         {
398             RootMove& rm = RootMoves[0];
399             if (skill.best != MOVE_NONE)
400                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
401
402             Log log(Options["Search Log Filename"]);
403             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
404                 << std::endl;
405         }
406
407         // Have we found a "mate in x"?
408         if (   Limits.mate
409             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
410             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
411             Signals.stop = true;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             // Take some extra time if the best move has changed
417             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
418                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
419
420             // Stop the search if only one legal move is available or all
421             // of the available time has been used.
422             if (   RootMoves.size() == 1
423                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
424             {
425                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
426                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
427                 if (Limits.ponder)
428                     Signals.stopOnPonderhit = true;
429                 else
430                     Signals.stop = true;
431             }
432         }
433     }
434   }
435
436
437   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
438   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
439   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
440   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
441   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
442   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
443
444   template <NodeType NT, bool SpNode>
445   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
446
447     const bool RootNode = NT == Root;
448     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
449
450     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
451     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
452     assert(depth > DEPTH_ZERO);
453
454     Move quietsSearched[64];
455     StateInfo st;
456     const TTEntry *tte;
457     SplitPoint* splitPoint;
458     Key posKey;
459     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
460     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
461     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
462     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
463     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
464     int moveCount, quietCount;
465
466     // Step 1. Initialize node
467     Thread* thisThread = pos.this_thread();
468     inCheck = pos.checkers();
469
470     if (SpNode)
471     {
472         splitPoint = ss->splitPoint;
473         bestMove   = splitPoint->bestMove;
474         bestValue  = splitPoint->bestValue;
475         tte = NULL;
476         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
477         ttValue = VALUE_NONE;
478
479         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
480
481         goto moves_loop;
482     }
483
484     moveCount = quietCount = 0;
485     bestValue = -VALUE_INFINITE;
486     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
487     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
488     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
489     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
490
491     // Used to send selDepth info to GUI
492     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
493         thisThread->maxPly = ss->ply;
494
495     if (!RootNode)
496     {
497         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
498         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
499             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
500
501         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
502         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
503         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
504         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
505         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
506         // mate. In this case return a fail-high score.
507         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
508         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
509         if (alpha >= beta)
510             return alpha;
511     }
512
513     // Step 4. Transposition table lookup
514     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
515     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
516     excludedMove = ss->excludedMove;
517     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
518     tte = TT.probe(posKey);
519     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
520     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
521
522     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
523     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
524     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
525     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
526     if (   !RootNode
527         && tte
528         && tte->depth() >= depth
529         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
530         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
531             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
532                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
533     {
534         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
535
536         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
537         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
538             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
539
540         return ttValue;
541     }
542
543     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
544     if (inCheck)
545     {
546         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
547         goto moves_loop;
548     }
549
550     else if (tte)
551     {
552         // Never assume anything on values stored in TT
553         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
554             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
555
556         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
557         if (ttValue != VALUE_NONE)
558             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
559                 eval = ttValue;
560     }
561     else
562     {
563         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
564         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
565     }
566
567     if (   !pos.captured_piece_type()
568         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
569         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
570         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
571         &&  type_of(move) == NORMAL)
572     {
573         Square to = to_sq(move);
574         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
575     }
576
577     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
578     if (   !PvNode
579         &&  depth < 4 * ONE_PLY
580         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
581         &&  ttMove == MOVE_NONE
582         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
583         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
584     {
585         if (   depth <= ONE_PLY
586             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
587             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
588
589         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
590         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
591         if (v <= ralpha)
592             return v;
593     }
594
595     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         && !ss->skipNullMove
598         &&  depth < 7 * ONE_PLY
599         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
602         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
603         return eval - futility_margin(depth);
604
605     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
606     if (   !PvNode
607         && !ss->skipNullMove
608         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
609         &&  eval >= beta
610         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
611         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
612     {
613         ss->currentMove = MOVE_NULL;
614
615         assert(eval - beta >= 0);
616
617         // Null move dynamic reduction based on depth and value
618         Depth R =  3 * ONE_PLY
619                  + depth / 4
620                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
621
622         pos.do_null_move(st);
623         (ss+1)->skipNullMove = true;
624         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
625                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
626         (ss+1)->skipNullMove = false;
627         pos.undo_null_move();
628
629         if (nullValue >= beta)
630         {
631             // Do not return unproven mate scores
632             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
633                 nullValue = beta;
634
635             if (depth < 12 * ONE_PLY)
636                 return nullValue;
637
638             // Do verification search at high depths
639             ss->skipNullMove = true;
640             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
641                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
642             ss->skipNullMove = false;
643
644             if (v >= beta)
645                 return nullValue;
646         }
647     }
648
649     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
650     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
651     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
652     // prune the previous move.
653     if (   !PvNode
654         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
657     {
658         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
659         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
660
661         assert(rdepth >= ONE_PLY);
662         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
663         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
664
665         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
666         CheckInfo ci(pos);
667
668         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
669             if (pos.legal(move, ci.pinned))
670             {
671                 ss->currentMove = move;
672                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
673                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
674                 pos.undo_move(move);
675                 if (value >= rbeta)
676                     return value;
677             }
678     }
679
680     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
681     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
682         && !ttMove
683         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
684     {
685         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
686
687         ss->skipNullMove = true;
688         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
689         ss->skipNullMove = false;
690
691         tte = TT.probe(posKey);
692         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
693     }
694
695 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
696
697     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
698     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
699                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
700
701     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
702     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
703                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
704
705     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
706     CheckInfo ci(pos);
707     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
708     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
709                || ss->staticEval == VALUE_NONE
710                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
711
712     singularExtensionNode =   !RootNode
713                            && !SpNode
714                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
715                            &&  ttMove != MOVE_NONE
716                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
717                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
718                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
719
720     // Step 11. Loop through moves
721     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
722     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
723     {
724       assert(is_ok(move));
725
726       if (move == excludedMove)
727           continue;
728
729       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
730       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
731       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
732       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
733           continue;
734
735       if (SpNode)
736       {
737           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
738           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
739               continue;
740
741           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
742           splitPoint->mutex.unlock();
743       }
744       else
745           ++moveCount;
746
747       if (RootNode)
748       {
749           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
750
751           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
752               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
753                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
754                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
755       }
756
757       ext = DEPTH_ZERO;
758       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
759
760       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
761                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
762                   : pos.gives_check(move, ci);
763
764       dangerous =   givesCheck
765                  || type_of(move) != NORMAL
766                  || pos.advanced_pawn_push(move);
767
768       // Step 12. Extend checks
769       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
770           ext = ONE_PLY;
771
772       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
773       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
774       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
775       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
776       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
777       if (    singularExtensionNode
778           &&  move == ttMove
779           && !ext
780           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
781           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
782       {
783           assert(ttValue != VALUE_NONE);
784
785           Value rBeta = ttValue - int(depth);
786           ss->excludedMove = move;
787           ss->skipNullMove = true;
788           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
789           ss->skipNullMove = false;
790           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
791
792           if (value < rBeta)
793               ext = ONE_PLY;
794       }
795
796       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
797       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
798
799       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
800       if (   !PvNode
801           && !captureOrPromotion
802           && !inCheck
803           && !dangerous
804        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
805           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
806       {
807           // Move count based pruning
808           if (   depth < 16 * ONE_PLY
809               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
810           {
811               if (SpNode)
812                   splitPoint->mutex.lock();
813
814               continue;
815           }
816
817           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
818
819           // Futility pruning: parent node
820           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
821           {
822               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
823                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
824
825               if (futilityValue <= alpha)
826               {
827                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
828
829                   if (SpNode)
830                   {
831                       splitPoint->mutex.lock();
832                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
833                           splitPoint->bestValue = bestValue;
834                   }
835                   continue;
836               }
837           }
838
839           // Prune moves with negative SEE at low depths
840           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
841           {
842               if (SpNode)
843                   splitPoint->mutex.lock();
844
845               continue;
846           }
847       }
848
849       // Check for legality just before making the move
850       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
851       {
852           moveCount--;
853           continue;
854       }
855
856       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
857       ss->currentMove = move;
858       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
859           quietsSearched[quietCount++] = move;
860
861       // Step 14. Make the move
862       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
863
864       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
865       // re-searched at full depth.
866       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
867           && !pvMove
868           && !captureOrPromotion
869           &&  move != ttMove
870           &&  move != ss->killers[0]
871           &&  move != ss->killers[1])
872       {
873           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
874
875           if (!PvNode && cutNode)
876               ss->reduction += ONE_PLY;
877
878           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
879               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
880
881           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
882               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
883
884           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
885           if (SpNode)
886               alpha = splitPoint->alpha;
887
888           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
889
890           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
891           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
892           {
893               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
894               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
895           }
896
897           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
898           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
899       }
900       else
901           doFullDepthSearch = !pvMove;
902
903       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
904       if (doFullDepthSearch)
905       {
906           if (SpNode)
907               alpha = splitPoint->alpha;
908
909           value = newDepth < ONE_PLY ?
910                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
911                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
912                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
913       }
914
915       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
916       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
917       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
918       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
919           value = newDepth < ONE_PLY ?
920                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
921                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
922                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
923       // Step 17. Undo move
924       pos.undo_move(move);
925
926       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
927
928       // Step 18. Check for new best move
929       if (SpNode)
930       {
931           splitPoint->mutex.lock();
932           bestValue = splitPoint->bestValue;
933           alpha = splitPoint->alpha;
934       }
935
936       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
937       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
938       // updating best move, PV and TT.
939       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
940           return VALUE_ZERO;
941
942       if (RootNode)
943       {
944           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
945
946           // PV move or new best move ?
947           if (pvMove || value > alpha)
948           {
949               rm.score = value;
950               rm.extract_pv_from_tt(pos);
951
952               // We record how often the best move has been changed in each
953               // iteration. This information is used for time management: When
954               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
955               if (!pvMove)
956                   ++BestMoveChanges;
957           }
958           else
959               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
960               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
961               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
962               rm.score = -VALUE_INFINITE;
963       }
964
965       if (value > bestValue)
966       {
967           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
968
969           if (value > alpha)
970           {
971               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
972
973               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
974                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
975               else
976               {
977                   assert(value >= beta); // Fail high
978
979                   if (SpNode)
980                       splitPoint->cutoff = true;
981
982                   break;
983               }
984           }
985       }
986
987       // Step 19. Check for splitting the search
988       if (   !SpNode
989           &&  Threads.size() >= 2
990           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
991           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
992                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
993           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
994       {
995           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
996
997           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
998                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
999
1000           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1001               return VALUE_ZERO;
1002
1003           if (bestValue >= beta)
1004               break;
1005       }
1006     }
1007
1008     if (SpNode)
1009         return bestValue;
1010
1011     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1012     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1013     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1014     /*
1015        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1016         return VALUE_DRAW;
1017     */
1018
1019     // Step 20. Check for mate and stalemate
1020     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1021     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1022     // return a fail low score.
1023     if (!moveCount)
1024         bestValue = excludedMove ? alpha
1025                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1026
1027     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1028     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1029         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1030
1031     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1032              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1033              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1034              depth, bestMove, ss->staticEval);
1035
1036     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1037
1038     return bestValue;
1039   }
1040
1041
1042   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1043   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1044   // less than ONE_PLY).
1045
1046   template <NodeType NT, bool InCheck>
1047   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1048
1049     const bool PvNode = NT == PV;
1050
1051     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1052     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1053     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1054     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1055     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1056
1057     StateInfo st;
1058     const TTEntry* tte;
1059     Key posKey;
1060     Move ttMove, move, bestMove;
1061     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1062     bool givesCheck, evasionPrunable;
1063     Depth ttDepth;
1064
1065     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1066     if (PvNode)
1067         oldAlpha = alpha;
1068
1069     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1070     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1071
1072     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1073     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1074         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1075
1076     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1077     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1078     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1079     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1080                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1081
1082     // Transposition table lookup
1083     posKey = pos.key();
1084     tte = TT.probe(posKey);
1085     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1086     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1087
1088     if (   tte
1089         && tte->depth() >= ttDepth
1090         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1091         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1092             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1093                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1094     {
1095         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1096         return ttValue;
1097     }
1098
1099     // Evaluate the position statically
1100     if (InCheck)
1101     {
1102         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1103         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1104     }
1105     else
1106     {
1107         if (tte)
1108         {
1109             // Never assume anything on values stored in TT
1110             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1111                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1112
1113             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1114             if (ttValue != VALUE_NONE)
1115                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1116                     bestValue = ttValue;
1117         }
1118         else
1119             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1120
1121         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1122         if (bestValue >= beta)
1123         {
1124             if (!tte)
1125                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1126                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1127
1128             return bestValue;
1129         }
1130
1131         if (PvNode && bestValue > alpha)
1132             alpha = bestValue;
1133
1134         futilityBase = bestValue + 128;
1135     }
1136
1137     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1138     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1139     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1140     // be generated.
1141     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1142     CheckInfo ci(pos);
1143
1144     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1145     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1146     {
1147       assert(is_ok(move));
1148
1149       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1150                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1151                   : pos.gives_check(move, ci);
1152
1153       // Futility pruning
1154       if (   !PvNode
1155           && !InCheck
1156           && !givesCheck
1157           &&  move != ttMove
1158           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1159           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1160       {
1161           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1162
1163           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1164
1165           if (futilityValue < beta)
1166           {
1167               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1168               continue;
1169           }
1170
1171           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1172           {
1173               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1174               continue;
1175           }
1176       }
1177
1178       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1179       evasionPrunable =    InCheck
1180                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1181                        && !pos.capture(move)
1182                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1183
1184       // Don't search moves with negative SEE values
1185       if (   !PvNode
1186           && (!InCheck || evasionPrunable)
1187           &&  move != ttMove
1188           &&  type_of(move) != PROMOTION
1189           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1190           continue;
1191
1192       // Check for legality just before making the move
1193       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1194           continue;
1195
1196       ss->currentMove = move;
1197
1198       // Make and search the move
1199       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1200       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1201                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1202       pos.undo_move(move);
1203
1204       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1205
1206       // Check for new best move
1207       if (value > bestValue)
1208       {
1209           bestValue = value;
1210
1211           if (value > alpha)
1212           {
1213               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1214               {
1215                   alpha = value;
1216                   bestMove = move;
1217               }
1218               else // Fail high
1219               {
1220                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1221                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1222
1223                   return value;
1224               }
1225           }
1226        }
1227     }
1228
1229     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1230     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1231     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1232         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1233
1234     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1235              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1236              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1237
1238     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1239
1240     return bestValue;
1241   }
1242
1243
1244   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1245   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1246   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1247
1248   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1249
1250     assert(v != VALUE_NONE);
1251
1252     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1253           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1254   }
1255
1256
1257   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1258   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1259   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1260
1261   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1262
1263     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1264           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1265           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1266   }
1267
1268
1269   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1270   // of a quiet move.
1271
1272   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1273
1274     if (ss->killers[0] != move)
1275     {
1276         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1277         ss->killers[0] = move;
1278     }
1279
1280     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1281     // played quiet moves.
1282     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1283     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1284     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1285     {
1286         Move m = quiets[i];
1287         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1288     }
1289
1290     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1291     {
1292         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1293         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1294     }
1295
1296     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1297     {
1298         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1299         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1300     }
1301   }
1302
1303
1304   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1305   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1306
1307   Move Skill::pick_move() {
1308
1309     static RKISS rk;
1310
1311     // PRNG sequence should be not deterministic
1312     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1313         rk.rand<unsigned>();
1314
1315     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1316     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1317     int weakness = 120 - 2 * level;
1318     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1319     best = MOVE_NONE;
1320
1321     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1322     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1323     // then we choose the move with the resulting highest score.
1324     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1325     {
1326         int s = RootMoves[i].score;
1327
1328         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1329         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1330             break;
1331
1332         // This is our magic formula
1333         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1334               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1335
1336         if (s > max_s)
1337         {
1338             max_s = s;
1339             best = RootMoves[i].pv[0];
1340         }
1341     }
1342     return best;
1343   }
1344
1345
1346   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1347   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1348   // search score.
1349
1350   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1351
1352     std::stringstream ss;
1353     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1354     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1355     int selDepth = 0;
1356
1357     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1358         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1359             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1360
1361     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1362     {
1363         bool updated = (i <= PVIdx);
1364
1365         if (depth == 1 && !updated)
1366             continue;
1367
1368         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1369         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1370
1371         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1372             ss << "\n";
1373
1374         ss << "info depth " << d
1375            << " seldepth "  << selDepth
1376            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1377            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1378            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1379            << " time "      << elapsed
1380            << " multipv "   << i + 1
1381            << " pv";
1382
1383         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1384             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1385     }
1386
1387     return ss.str();
1388   }
1389
1390 } // namespace
1391
1392
1393 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1394 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1395 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1396 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1397
1398 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1399
1400   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1401   const TTEntry* tte;
1402   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1403   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1404   Value expectedScore = score;
1405
1406   pv.clear();
1407
1408   do {
1409       pv.push_back(m);
1410
1411       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1412
1413       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1414       tte = TT.probe(pos.key());
1415       expectedScore = -expectedScore;
1416
1417   } while (   tte
1418            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1419            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1420            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1421            && ply < MAX_PLY
1422            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1423
1424   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1425
1426   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1427 }
1428
1429
1430 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1431 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1432 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1433
1434 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1435
1436   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1437   const TTEntry* tte;
1438   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1439
1440   do {
1441       tte = TT.probe(pos.key());
1442
1443       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1444           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1445
1446       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1447
1448       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1449
1450   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1451
1452   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1453 }
1454
1455
1456 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1457
1458 void Thread::idle_loop() {
1459
1460   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1461   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1462   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1463
1464   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1465
1466   while (true)
1467   {
1468       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1469       // wasting CPU time polling for work.
1470       while (!searching || exit)
1471       {
1472           if (exit)
1473           {
1474               assert(!this_sp);
1475               return;
1476           }
1477
1478           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1479           mutex.lock();
1480
1481           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1482           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1483           {
1484               mutex.unlock();
1485               break;
1486           }
1487
1488           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1489           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1490           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1491           // we had the chance to grab the lock.
1492           if (!searching && !exit)
1493               sleepCondition.wait(mutex);
1494
1495           mutex.unlock();
1496       }
1497
1498       // If this thread has been assigned work, launch a search
1499       if (searching)
1500       {
1501           assert(!exit);
1502
1503           Threads.mutex.lock();
1504
1505           assert(searching);
1506           assert(activeSplitPoint);
1507           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1508
1509           Threads.mutex.unlock();
1510
1511           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1512           Position pos(*sp->pos, this);
1513
1514           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1515           ss->splitPoint = sp;
1516
1517           sp->mutex.lock();
1518
1519           assert(activePosition == NULL);
1520
1521           activePosition = &pos;
1522
1523           if (sp->nodeType == NonPV)
1524               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1525
1526           else if (sp->nodeType == PV)
1527               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1528
1529           else if (sp->nodeType == Root)
1530               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1531
1532           else
1533               assert(false);
1534
1535           assert(searching);
1536
1537           searching = false;
1538           activePosition = NULL;
1539           sp->slavesMask.reset(idx);
1540           sp->allSlavesSearching = false;
1541           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1542
1543           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1544           // loop in case we are the last slave of the split point.
1545           if (    this != sp->masterThread
1546               &&  sp->slavesMask.none())
1547           {
1548               assert(!sp->masterThread->searching);
1549               sp->masterThread->notify_one();
1550           }
1551
1552           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1553           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1554           // the sp master.
1555           sp->mutex.unlock();
1556
1557           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1558           // already finished.
1559           if (Threads.size() > 2)
1560               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1561               {
1562                   int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1563                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1564
1565                   if (   sp
1566                       && sp->allSlavesSearching
1567                       && available_to(Threads[i]))
1568                   {
1569                       // Recheck the conditions under lock protection
1570                       Threads.mutex.lock();
1571                       sp->mutex.lock();
1572
1573                       if (   sp->allSlavesSearching
1574                           && available_to(Threads[i]))
1575                       {
1576                            sp->slavesMask.set(idx);
1577                            activeSplitPoint = sp;
1578                            searching = true;
1579                       }
1580
1581                       sp->mutex.unlock();
1582                       Threads.mutex.unlock();
1583
1584                       break; // Just a single attempt
1585                   }
1586               }
1587       }
1588
1589       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1590       // their work at this split point, return from the idle loop.
1591       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1592       {
1593           this_sp->mutex.lock();
1594           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1595           this_sp->mutex.unlock();
1596           if (finished)
1597               return;
1598       }
1599   }
1600 }
1601
1602
1603 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1604 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1605 /// available time and thus stop the search.
1606
1607 void check_time() {
1608
1609   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1610   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1611
1612   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1613   {
1614       lastInfoTime = Time::now();
1615       dbg_print();
1616   }
1617
1618   if (Limits.ponder)
1619       return;
1620
1621   if (Limits.nodes)
1622   {
1623       Threads.mutex.lock();
1624
1625       nodes = RootPos.nodes_searched();
1626
1627       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1628       // all the currently active positions nodes.
1629       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1630           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1631           {
1632               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1633
1634               sp.mutex.lock();
1635
1636               nodes += sp.nodes;
1637
1638               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1639                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1640                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1641
1642               sp.mutex.unlock();
1643           }
1644
1645       Threads.mutex.unlock();
1646   }
1647
1648   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1649   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1650                          && !Signals.failedLowAtRoot
1651                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1652
1653   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1654                    || stillAtFirstMove;
1655
1656   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1657       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1658       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1659       Signals.stop = true;
1660 }