]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
505e9ec2a481f49efa53e3276c14e2c6b15b1572
[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, IterationTime;
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, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(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 * int(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 PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   CountermovesStats Countermoves;
87
88   template <NodeType NT>
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(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 = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(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 +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * 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 size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   size_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 size_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   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307
308     PVSize = Options["MultiPV"];
309     Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
312     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
314         PVSize = 4;
315
316     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
317
318     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
319     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
320     {
321         // Age out PV variability metric
322         BestMoveChanges *= 0.8;
323
324         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
325         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
327             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
328
329         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
330         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
331         {
332             // Reset aspiration window starting size
333             if (depth >= 5)
334             {
335                 delta = Value(16);
336                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
337                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
338             }
339
340             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
341             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
342             // high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
346
347                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
348                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
349                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
350                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
351                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
352                 // search the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
362                 // valid, although it refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before a re-search.
368                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
369                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
370                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371
372                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
373                 // re-search, otherwise exit the loop.
374                 if (bestValue <= alpha)
375                 {
376                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
377
378                     Signals.failedLowAtRoot = true;
379                     Signals.stopOnPonderhit = false;
380                 }
381                 else if (bestValue >= beta)
382                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
383
384                 else
385                     break;
386
387                 delta += delta / 2;
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394
395             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
396                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
397         }
398
399         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
400
401         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
402         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
403             skill.pick_move();
404
405         if (Options["Write Search Log"])
406         {
407             RootMove& rm = RootMoves[0];
408             if (skill.best != MOVE_NONE)
409                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
410
411             Log log(Options["Search Log Filename"]);
412             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
413                 << std::endl;
414         }
415
416         // Have we found a "mate in x"?
417         if (   Limits.mate
418             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
419             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
420             Signals.stop = true;
421
422         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
423         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
424         {
425             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
426
427             // Take some extra time if the best move has changed
428             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
429                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
430
431             // Stop the search if most of the available time has been used. We
432             // probably don't have enough time to search the first move at the
433             // next iteration anyway.
434             if (IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
435                 stop = true;
436
437             // Stop the search early if one move seems to be much better than others
438             if (    depth >= 12
439                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
440                 && !stop
441                 &&  PVSize == 1
442                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
443                 && (   RootMoves.size() == 1
444                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
445             {
446                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
447                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
448                 ss->skipNullMove = true;
449                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
450                 ss->skipNullMove = false;
451                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
452
453                 if (v < rBeta)
454                     stop = true;
455             }
456
457             if (stop)
458             {
459                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
460                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
461                 if (Limits.ponder)
462                     Signals.stopOnPonderhit = true;
463                 else
464                     Signals.stop = true;
465             }
466         }
467     }
468   }
469
470
471   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
472   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
473   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
474   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
475   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
476   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
477
478   template <NodeType NT>
479   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
480
481     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
482     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
483     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
484
485     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
486     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
487     assert(depth > DEPTH_ZERO);
488
489     Move quietsSearched[64];
490     StateInfo st;
491     const TTEntry *tte;
492     SplitPoint* splitPoint;
493     Key posKey;
494     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
495     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
496     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
497     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
498     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
499     int moveCount, quietCount;
500
501     // Step 1. Initialize node
502     Thread* thisThread = pos.this_thread();
503     inCheck = pos.checkers();
504
505     if (SpNode)
506     {
507         splitPoint = ss->splitPoint;
508         bestMove   = splitPoint->bestMove;
509         bestValue  = splitPoint->bestValue;
510         tte = NULL;
511         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
512         ttValue = VALUE_NONE;
513
514         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
515
516         goto moves_loop;
517     }
518
519     moveCount = quietCount = 0;
520     bestValue = -VALUE_INFINITE;
521     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
522     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
523     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
524     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
525
526     // Used to send selDepth info to GUI
527     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
528         thisThread->maxPly = ss->ply;
529
530     if (!RootNode)
531     {
532         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
533         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
534             return DrawValue[pos.side_to_move()];
535
536         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
537         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
538         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
539         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
540         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
541         // mate. In this case return a fail-high score.
542         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
543         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
544         if (alpha >= beta)
545             return alpha;
546     }
547
548     // Step 4. Transposition table lookup
549     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
550     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
551     excludedMove = ss->excludedMove;
552     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
553     tte = TT.probe(posKey);
554     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
555     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
556
557     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
558     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
559     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
560     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
561     if (   !RootNode
562         && tte
563         && tte->depth() >= depth
564         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
565         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
566             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
567                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
568     {
569         TT.refresh(tte);
570         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
571
572         // If ttMove is quiet, update killers, history, and counter move on TT hit
573         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
574             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
575
576         return ttValue;
577     }
578
579     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
580     if (inCheck)
581     {
582         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
583         goto moves_loop;
584     }
585
586     else if (tte)
587     {
588         // Never assume anything on values stored in TT
589         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
590             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
591
592         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
593         if (ttValue != VALUE_NONE)
594             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
595                 eval = ttValue;
596     }
597     else
598     {
599         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
600         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
601     }
602
603     if (   !pos.captured_piece_type()
604         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
605         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
606         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
607         &&  type_of(move) == NORMAL)
608     {
609         Square to = to_sq(move);
610         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
611     }
612
613     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
614     if (   !PvNode
615         &&  depth < 4 * ONE_PLY
616         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
617         &&  ttMove == MOVE_NONE
618         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
619         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
620     {
621         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
622         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
623         if (v < rbeta)
624             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
625             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
626             return v;
627     }
628
629     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
630     if (   !PvNode
631         && !ss->skipNullMove
632         &&  depth < 7 * ONE_PLY
633         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
634         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
635         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
636         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
637         return eval - futility_margin(depth);
638
639     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
640     if (   !PvNode
641         && !ss->skipNullMove
642         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
643         &&  eval >= beta
644         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
645         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
646     {
647         ss->currentMove = MOVE_NULL;
648
649         // Null move dynamic reduction based on depth
650         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
651
652         // Null move dynamic reduction based on value
653         if (eval - PawnValueMg > beta)
654             R += ONE_PLY;
655
656         pos.do_null_move(st);
657         (ss+1)->skipNullMove = true;
658         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
659                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
660         (ss+1)->skipNullMove = false;
661         pos.undo_null_move();
662
663         if (nullValue >= beta)
664         {
665             // Do not return unproven mate scores
666             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
667                 nullValue = beta;
668
669             if (depth < 12 * ONE_PLY)
670                 return nullValue;
671
672             // Do verification search at high depths
673             ss->skipNullMove = true;
674             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
675             ss->skipNullMove = false;
676
677             if (v >= beta)
678                 return nullValue;
679         }
680     }
681
682     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
683     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
684     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
685     // prune the previous move.
686     if (   !PvNode
687         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
688         && !ss->skipNullMove
689         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
690     {
691         Value rbeta = beta + 200;
692         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
693
694         assert(rdepth >= ONE_PLY);
695         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
696         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
697
698         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
699         CheckInfo ci(pos);
700
701         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
702             if (pos.legal(move, ci.pinned))
703             {
704                 ss->currentMove = move;
705                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
706                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
707                 pos.undo_move(move);
708                 if (value >= rbeta)
709                     return value;
710             }
711     }
712
713     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
714     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
715         && ttMove == MOVE_NONE
716         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
717     {
718         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
719
720         ss->skipNullMove = true;
721         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
722         ss->skipNullMove = false;
723
724         tte = TT.probe(posKey);
725         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
726     }
727
728 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
729
730     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
731     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
732                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
733
734     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
735     CheckInfo ci(pos);
736     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
737     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
738                || ss->staticEval == VALUE_NONE
739                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
740
741     singularExtensionNode =   !RootNode
742                            && !SpNode
743                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
744                            &&  ttMove != MOVE_NONE
745                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
746                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
747                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
748
749     // Step 11. Loop through moves
750     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
751     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
752     {
753       assert(is_ok(move));
754
755       if (move == excludedMove)
756           continue;
757
758       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
759       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
760       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
761       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
762           continue;
763
764       if (SpNode)
765       {
766           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
767           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
768               continue;
769
770           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
771           splitPoint->mutex.unlock();
772       }
773       else
774           ++moveCount;
775
776       if (RootNode)
777       {
778           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
779
780           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
781               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
782                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
783                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
784       }
785
786       ext = DEPTH_ZERO;
787       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
788       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
789       dangerous =   givesCheck
790                  || type_of(move) != NORMAL
791                  || pos.advanced_pawn_push(move);
792
793       // Step 12. Extend checks
794       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
795           ext = ONE_PLY;
796
797       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
798       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
799       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
800       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
801       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
802       if (    singularExtensionNode
803           &&  move == ttMove
804           && !ext
805           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
806           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
807       {
808           assert(ttValue != VALUE_NONE);
809
810           Value rBeta = ttValue - int(depth);
811           ss->excludedMove = move;
812           ss->skipNullMove = true;
813           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
814           ss->skipNullMove = false;
815           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
816
817           if (value < rBeta)
818               ext = ONE_PLY;
819       }
820
821       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
822       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
823
824       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
825       if (   !PvNode
826           && !captureOrPromotion
827           && !inCheck
828           && !dangerous
829        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
830           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
831       {
832           // Move count based pruning
833           if (   depth < 16 * ONE_PLY
834               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
835           {
836               if (SpNode)
837                   splitPoint->mutex.lock();
838
839               continue;
840           }
841
842           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
843
844           // Futility pruning: parent node
845           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
846           {
847               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
848                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
849
850               if (futilityValue <= alpha)
851               {
852                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
853
854                   if (SpNode)
855                   {
856                       splitPoint->mutex.lock();
857                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
858                           splitPoint->bestValue = bestValue;
859                   }
860                   continue;
861               }
862           }
863
864           // Prune moves with negative SEE at low depths
865           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
866           {
867               if (SpNode)
868                   splitPoint->mutex.lock();
869
870               continue;
871           }
872       }
873
874       // Check for legality just before making the move
875       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
876       {
877           moveCount--;
878           continue;
879       }
880
881       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
882       ss->currentMove = move;
883       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
884           quietsSearched[quietCount++] = move;
885
886       // Step 14. Make the move
887       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
888
889       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
890       // re-searched at full depth.
891       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
892           && !pvMove
893           && !captureOrPromotion
894           &&  move != ttMove
895           &&  move != ss->killers[0]
896           &&  move != ss->killers[1])
897       {
898           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
899
900           if (!PvNode && cutNode)
901               ss->reduction += ONE_PLY;
902
903           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
904               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
905
906           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
907               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
908
909           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
910           if (SpNode)
911               alpha = splitPoint->alpha;
912
913           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
914
915           // Research at intermediate depth if reduction is very high
916           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
917           {
918               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
919               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
920           }
921
922           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
923           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
924       }
925       else
926           doFullDepthSearch = !pvMove;
927
928       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
929       if (doFullDepthSearch)
930       {
931           if (SpNode)
932               alpha = splitPoint->alpha;
933
934           value = newDepth < ONE_PLY ?
935                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
936                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
937                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
938       }
939
940       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
941       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
942       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
943       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
944           value = newDepth < ONE_PLY ?
945                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
946                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
947                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
948       // Step 17. Undo move
949       pos.undo_move(move);
950
951       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
952
953       // Step 18. Check for new best move
954       if (SpNode)
955       {
956           splitPoint->mutex.lock();
957           bestValue = splitPoint->bestValue;
958           alpha = splitPoint->alpha;
959       }
960
961       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
962       // was aborted because the user interrupted the search or because we
963       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
964       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
965       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
966           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
967
968       if (RootNode)
969       {
970           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
971
972           // PV move or new best move ?
973           if (pvMove || value > alpha)
974           {
975               rm.score = value;
976               rm.extract_pv_from_tt(pos);
977
978               // We record how often the best move has been changed in each
979               // iteration. This information is used for time management: When
980               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
981               if (!pvMove)
982                   ++BestMoveChanges;
983           }
984           else
985               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
986               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
987               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
988               rm.score = -VALUE_INFINITE;
989       }
990
991       if (value > bestValue)
992       {
993           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
994
995           if (value > alpha)
996           {
997               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
998
999               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1000                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1001               else
1002               {
1003                   assert(value >= beta); // Fail high
1004
1005                   if (SpNode)
1006                       splitPoint->cutoff = true;
1007
1008                   break;
1009               }
1010           }
1011       }
1012
1013       // Step 19. Check for splitting the search
1014       if (   !SpNode
1015           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1016           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1017           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1018       {
1019           assert(bestValue < beta);
1020
1021           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1022                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1023           if (bestValue >= beta)
1024               break;
1025       }
1026     }
1027
1028     if (SpNode)
1029         return bestValue;
1030
1031     // Step 20. Check for mate and stalemate
1032     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1033     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1034     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1035     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1036     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1037     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1038     if (!moveCount)
1039         return  excludedMove ? alpha
1040               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1041
1042     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1043     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1044         bestValue = alpha;
1045
1046     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1047              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1048              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1049              depth, bestMove, ss->staticEval);
1050
1051     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1052     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1053         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1054
1055     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1056
1057     return bestValue;
1058   }
1059
1060
1061   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1062   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1063   // less than ONE_PLY).
1064
1065   template <NodeType NT, bool InCheck>
1066   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1067
1068     const bool PvNode = (NT == PV);
1069
1070     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1071     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1072     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1073     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1074     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1075
1076     StateInfo st;
1077     const TTEntry* tte;
1078     Key posKey;
1079     Move ttMove, move, bestMove;
1080     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1081     bool givesCheck, evasionPrunable;
1082     Depth ttDepth;
1083
1084     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1085     if (PvNode)
1086         oldAlpha = alpha;
1087
1088     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1089     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1090
1091     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1092     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1093         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1094
1095     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1096     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1097     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1098     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1099                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1100
1101     // Transposition table lookup
1102     posKey = pos.key();
1103     tte = TT.probe(posKey);
1104     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1105     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1106
1107     if (   tte
1108         && tte->depth() >= ttDepth
1109         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1110         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1111             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1112                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1113     {
1114         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1115         return ttValue;
1116     }
1117
1118     // Evaluate the position statically
1119     if (InCheck)
1120     {
1121         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1122         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1123     }
1124     else
1125     {
1126         if (tte)
1127         {
1128             // Never assume anything on values stored in TT
1129             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1130                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1131
1132             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1133             if (ttValue != VALUE_NONE)
1134                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1135                     bestValue = ttValue;
1136         }
1137         else
1138             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1139
1140         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1141         if (bestValue >= beta)
1142         {
1143             if (!tte)
1144                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1145                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1146
1147             return bestValue;
1148         }
1149
1150         if (PvNode && bestValue > alpha)
1151             alpha = bestValue;
1152
1153         futilityBase = bestValue + Value(128);
1154     }
1155
1156     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1157     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1158     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1159     // be generated.
1160     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1161     CheckInfo ci(pos);
1162
1163     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1164     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1165     {
1166       assert(is_ok(move));
1167
1168       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1169
1170       // Futility pruning
1171       if (   !PvNode
1172           && !InCheck
1173           && !givesCheck
1174           &&  move != ttMove
1175           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1176           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1177       {
1178           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1179
1180           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1181
1182           if (futilityValue < beta)
1183           {
1184               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1185               continue;
1186           }
1187
1188           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1189           {
1190               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1191               continue;
1192           }
1193       }
1194
1195       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1196       evasionPrunable =    InCheck
1197                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1198                        && !pos.capture(move)
1199                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1200
1201       // Don't search moves with negative SEE values
1202       if (   !PvNode
1203           && (!InCheck || evasionPrunable)
1204           &&  move != ttMove
1205           &&  type_of(move) != PROMOTION
1206           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1207           continue;
1208
1209       // Check for legality just before making the move
1210       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1211           continue;
1212
1213       ss->currentMove = move;
1214
1215       // Make and search the move
1216       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1217       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1218                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1219       pos.undo_move(move);
1220
1221       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1222
1223       // Check for new best move
1224       if (value > bestValue)
1225       {
1226           bestValue = value;
1227
1228           if (value > alpha)
1229           {
1230               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1231               {
1232                   alpha = value;
1233                   bestMove = move;
1234               }
1235               else // Fail high
1236               {
1237                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1238                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1239
1240                   return value;
1241               }
1242           }
1243        }
1244     }
1245
1246     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1247     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1248     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1249         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1250
1251     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1252              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1253              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1254
1255     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1256
1257     return bestValue;
1258   }
1259
1260
1261   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1262   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1263   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1264
1265   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1266
1267     assert(v != VALUE_NONE);
1268
1269     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1270           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1271   }
1272
1273
1274   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1275   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1276   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1277
1278   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1279
1280     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1281           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1282           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1283   }
1284
1285
1286   // update_stats() updates killers, history and countermoves stats after a fail-high
1287   // of a quiet move.
1288
1289   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1290
1291     if (ss->killers[0] != move)
1292     {
1293         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1294         ss->killers[0] = move;
1295     }
1296
1297     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1298     // played quiet moves.
1299     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1300     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1301     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1302     {
1303         Move m = quiets[i];
1304         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1305     }
1306
1307     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1308     {
1309         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1310         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1311     }
1312   }
1313
1314
1315   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1316   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1317
1318   Move Skill::pick_move() {
1319
1320     static RKISS rk;
1321
1322     // PRNG sequence should be not deterministic
1323     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1324         rk.rand<unsigned>();
1325
1326     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1327     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1328     int weakness = 120 - 2 * level;
1329     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1330     best = MOVE_NONE;
1331
1332     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1333     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1334     // then we choose the move with the resulting highest score.
1335     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1336     {
1337         int s = RootMoves[i].score;
1338
1339         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1340         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1341             break;
1342
1343         // This is our magic formula
1344         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1345               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1346
1347         if (s > max_s)
1348         {
1349             max_s = s;
1350             best = RootMoves[i].pv[0];
1351         }
1352     }
1353     return best;
1354   }
1355
1356
1357   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1358   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1359   // search score.
1360
1361   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1362
1363     std::stringstream s;
1364     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1365     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1366     int selDepth = 0;
1367
1368     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1369         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1370             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1371
1372     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1373     {
1374         bool updated = (i <= PVIdx);
1375
1376         if (depth == 1 && !updated)
1377             continue;
1378
1379         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1380         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1381
1382         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1383             s << "\n";
1384
1385         s << "info depth " << d
1386           << " seldepth "  << selDepth
1387           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1388           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1389           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1390           << " time "      << elapsed
1391           << " multipv "   << i + 1
1392           << " pv";
1393
1394         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1395             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1396     }
1397
1398     return s.str();
1399   }
1400
1401 } // namespace
1402
1403
1404 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1405 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1406 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1407 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1408
1409 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1410
1411   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1412   const TTEntry* tte;
1413   int ply = 0;
1414   Move m = pv[0];
1415
1416   pv.clear();
1417
1418   do {
1419       pv.push_back(m);
1420
1421       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1422
1423       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1424       tte = TT.probe(pos.key());
1425
1426   } while (   tte
1427            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1428            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1429            && ply < MAX_PLY
1430            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1431
1432   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1433
1434   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1435 }
1436
1437
1438 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1439 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1440 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1441
1442 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1443
1444   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1445   const TTEntry* tte;
1446   int ply = 0;
1447
1448   do {
1449       tte = TT.probe(pos.key());
1450
1451       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1452           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1453
1454       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1455
1456       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1457
1458   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1459
1460   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1461 }
1462
1463
1464 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1465
1466 void Thread::idle_loop() {
1467
1468   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1469   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1470   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1471
1472   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1473
1474   while (true)
1475   {
1476       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1477       // wasting CPU time polling for work.
1478       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1479       {
1480           if (exit)
1481           {
1482               assert(!this_sp);
1483               return;
1484           }
1485
1486           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1487           mutex.lock();
1488
1489           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1490           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1491           {
1492               mutex.unlock();
1493               break;
1494           }
1495
1496           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1497           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1498           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1499           // we had the chance to grab the lock.
1500           if (!searching && !exit)
1501               sleepCondition.wait(mutex);
1502
1503           mutex.unlock();
1504       }
1505
1506       // If this thread has been assigned work, launch a search
1507       if (searching)
1508       {
1509           assert(!exit);
1510
1511           Threads.mutex.lock();
1512
1513           assert(searching);
1514           assert(activeSplitPoint);
1515           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1516
1517           Threads.mutex.unlock();
1518
1519           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1520           Position pos(*sp->pos, this);
1521
1522           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1523           ss->splitPoint = sp;
1524
1525           sp->mutex.lock();
1526
1527           assert(activePosition == NULL);
1528
1529           activePosition = &pos;
1530
1531           switch (sp->nodeType) {
1532           case Root:
1533               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1534               break;
1535           case PV:
1536               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1537               break;
1538           case NonPV:
1539               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1540               break;
1541           default:
1542               assert(false);
1543           }
1544
1545           assert(searching);
1546
1547           searching = false;
1548           activePosition = NULL;
1549           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1550           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1551
1552           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1553           // loop in case we are the last slave of the split point.
1554           if (    Threads.sleepWhileIdle
1555               &&  this != sp->masterThread
1556               && !sp->slavesMask)
1557           {
1558               assert(!sp->masterThread->searching);
1559               sp->masterThread->notify_one();
1560           }
1561
1562           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1563           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1564           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1565           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1566           sp->mutex.unlock();
1567       }
1568
1569       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1570       // their work at this split point, return from the idle loop.
1571       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1572       {
1573           this_sp->mutex.lock();
1574           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1575           this_sp->mutex.unlock();
1576           if (finished)
1577               return;
1578       }
1579   }
1580 }
1581
1582
1583 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1584 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1585 /// available time and thus stop the search.
1586
1587 void check_time() {
1588
1589   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1590   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1591
1592   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1593   {
1594       lastInfoTime = Time::now();
1595       dbg_print();
1596   }
1597
1598   if (Limits.ponder)
1599       return;
1600
1601   if (Limits.nodes)
1602   {
1603       Threads.mutex.lock();
1604
1605       nodes = RootPos.nodes_searched();
1606
1607       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1608       // all the currently active positions nodes.
1609       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1610           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1611           {
1612               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1613
1614               sp.mutex.lock();
1615
1616               nodes += sp.nodes;
1617               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1618               while (sm)
1619               {
1620                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1621                   if (pos)
1622                       nodes += pos->nodes_searched();
1623               }
1624
1625               sp.mutex.unlock();
1626           }
1627
1628       Threads.mutex.unlock();
1629   }
1630
1631   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1632   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1633                          && !Signals.failedLowAtRoot
1634                          &&  elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1635                          &&  elapsed > IterationTime * 1.4;
1636
1637   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1638                    || stillAtFirstMove;
1639
1640   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1641       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1642       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1643       Signals.stop = true;
1644 }