Final UCI helpers renaming
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
120   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
121   int mc; // moveCount
122
123   // Init reductions array
124   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
125   {
126       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
127       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
128
129       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
130       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
131
132       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
133       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
134
135       if (Reductions[0][0][hd][mc] >= 2)
136           Reductions[0][0][hd][mc] += 1;
137   }
138
139   // Init futility move count array
140   for (d = 0; d < 32; ++d)
141   {
142       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
143       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
144   }
145 }
146
147
148 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
149 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
150 template<bool Root>
151 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
152
153   StateInfo st;
154   uint64_t cnt, nodes = 0;
155   CheckInfo ci(pos);
156   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
157
158   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
159   {
160       if (Root && depth <= ONE_PLY)
161           cnt = 1, nodes++;
162       else
163       {
164           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
165           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
166           nodes += cnt;
167           pos.undo_move(*it);
168       }
169       if (Root)
170           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
171   }
172   return nodes;
173 }
174
175 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
176
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
185
186   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
201   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
202       Threads[i]->maxPly = 0;
203
204   Threads.timer->run = true;
205   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
206
207   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
208
209   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
210
211 finalize:
212
213   // When search is stopped this info is not printed
214   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
215             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
216
217   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
218   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
219   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
220   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
221   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
222   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
223   {
224       Signals.stopOnPonderhit = true;
225       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
226   }
227
228   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
229   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
230             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
231             << sync_endl;
232 }
233
234
235 namespace {
236
237   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
238   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
239   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
240
241   void id_loop(Position& pos) {
242
243     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
244     int depth;
245     Value bestValue, alpha, beta, delta;
246
247     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
248
249     depth = 0;
250     BestMoveChanges = 0;
251     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
252     beta = VALUE_INFINITE;
253
254     TT.new_search();
255     History.clear();
256     Gains.clear();
257     Countermoves.clear();
258     Followupmoves.clear();
259
260     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
261     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
262
263     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
264     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
265     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
266
267     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
268     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
269     {
270         // Age out PV variability metric
271         BestMoveChanges *= 0.5;
272
273         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
274         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
275         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
276             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
277
278         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
279         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
280         {
281             // Reset aspiration window starting size
282             if (depth >= 5)
283             {
284                 delta = Value(16);
285                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
286                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
287             }
288
289             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
290             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
291             // high/low anymore.
292             while (true)
293             {
294                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
295
296                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
297                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
298                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
299                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
300                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
301                 // search the already searched PV lines are preserved.
302                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
303
304                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
305                 // entries have been overwritten during the search.
306                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
307                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
308
309                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
310                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
311                 // valid, although it refers to previous iteration.
312                 if (Signals.stop)
313                     break;
314
315                 // When failing high/low give some update (without cluttering
316                 // the UI) before a re-search.
317                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
318                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
319                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
320
321                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
322                 // re-search, otherwise exit the loop.
323                 if (bestValue <= alpha)
324                 {
325                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
326
327                     Signals.failedLowAtRoot = true;
328                     Signals.stopOnPonderhit = false;
329                 }
330                 else if (bestValue >= beta)
331                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
332
333                 else
334                     break;
335
336                 delta += 3 * delta / 8;
337
338                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
342             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
343
344             if (PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size()) || Time::now() - SearchTime > 3000)
345                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
346         }
347
348         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
349         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
350             skill.pick_move();
351
352         // Have we found a "mate in x"?
353         if (   Limits.mate
354             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
355             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
356             Signals.stop = true;
357
358         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
359         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
360         {
361             // Take some extra time if the best move has changed
362             if (depth > 4 && multiPV == 1)
363                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
364
365             // Stop the search if only one legal move is available or all
366             // of the available time has been used.
367             if (   RootMoves.size() == 1
368                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
369             {
370                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
371                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
372                 if (Limits.ponder)
373                     Signals.stopOnPonderhit = true;
374                 else
375                     Signals.stop = true;
376             }
377         }
378     }
379   }
380
381
382   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
383   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
384   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
385   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
386   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
387   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
388
389   template <NodeType NT, bool SpNode>
390   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
391
392     const bool RootNode = NT == Root;
393     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
394
395     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
396     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
397     assert(depth > DEPTH_ZERO);
398
399     Move quietsSearched[64];
400     StateInfo st;
401     const TTEntry *tte;
402     SplitPoint* splitPoint;
403     Key posKey;
404     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
405     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
406     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
407     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
408     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
409     int moveCount, quietCount;
410
411     // Step 1. Initialize node
412     Thread* thisThread = pos.this_thread();
413     inCheck = pos.checkers();
414
415     if (SpNode)
416     {
417         splitPoint = ss->splitPoint;
418         bestMove   = splitPoint->bestMove;
419         bestValue  = splitPoint->bestValue;
420         tte = NULL;
421         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
422         ttValue = VALUE_NONE;
423
424         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
425
426         goto moves_loop;
427     }
428
429     moveCount = quietCount = 0;
430     bestValue = -VALUE_INFINITE;
431     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
432     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
433     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
434     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
435
436     // Used to send selDepth info to GUI
437     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
438         thisThread->maxPly = ss->ply;
439
440     if (!RootNode)
441     {
442         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
443         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
444             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
445
446         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
447         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
448         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
449         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
450         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
451         // mate. In this case return a fail-high score.
452         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
453         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
454         if (alpha >= beta)
455             return alpha;
456     }
457
458     // Step 4. Transposition table lookup
459     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
460     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
461     excludedMove = ss->excludedMove;
462     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
463     tte = TT.probe(posKey);
464     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
465     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
466
467     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
468     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
469     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
470     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
471     if (   !RootNode
472         && tte
473         && tte->depth() >= depth
474         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
475         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
476             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
477                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
478     {
479         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
480
481         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
482         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
483             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
484
485         return ttValue;
486     }
487
488     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
489     if (inCheck)
490     {
491         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
492         goto moves_loop;
493     }
494
495     else if (tte)
496     {
497         // Never assume anything on values stored in TT
498         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
499             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
500
501         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
502         if (ttValue != VALUE_NONE)
503             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
504                 eval = ttValue;
505     }
506     else
507     {
508         eval = ss->staticEval =
509         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
510
511         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
512     }
513
514     if (   !pos.captured_piece_type()
515         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
516         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
517         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
518         &&  move != MOVE_NONE
519         &&  type_of(move) == NORMAL)
520     {
521         Square to = to_sq(move);
522         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
523     }
524
525     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
526     if (   !PvNode
527         &&  depth < 4 * ONE_PLY
528         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
529         &&  ttMove == MOVE_NONE
530         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
531     {
532         if (   depth <= ONE_PLY
533             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
534             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
535
536         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
537         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
538         if (v <= ralpha)
539             return v;
540     }
541
542     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
543     if (   !PvNode
544         && !ss->skipNullMove
545         &&  depth < 7 * ONE_PLY
546         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
547         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
548         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
549         return eval - futility_margin(depth);
550
551     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
552     if (   !PvNode
553         && !ss->skipNullMove
554         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
555         &&  eval >= beta
556         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
557     {
558         ss->currentMove = MOVE_NULL;
559
560         assert(eval - beta >= 0);
561
562         // Null move dynamic reduction based on depth and value
563         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
564
565         pos.do_null_move(st);
566         (ss+1)->skipNullMove = true;
567         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
568                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
569         (ss+1)->skipNullMove = false;
570         pos.undo_null_move();
571
572         if (nullValue >= beta)
573         {
574             // Do not return unproven mate scores
575             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
576                 nullValue = beta;
577
578             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
579                 return nullValue;
580
581             // Do verification search at high depths
582             ss->skipNullMove = true;
583             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
584                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
585             ss->skipNullMove = false;
586
587             if (v >= beta)
588                 return nullValue;
589         }
590     }
591
592     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
593     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
594     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
595     // prune the previous move.
596     if (   !PvNode
597         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
598         && !ss->skipNullMove
599         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
600     {
601         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
602         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
603
604         assert(rdepth >= ONE_PLY);
605         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
606         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
607
608         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
609         CheckInfo ci(pos);
610
611         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
612             if (pos.legal(move, ci.pinned))
613             {
614                 ss->currentMove = move;
615                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
616                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
617                 pos.undo_move(move);
618                 if (value >= rbeta)
619                     return value;
620             }
621     }
622
623     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
624     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
625         && !ttMove
626         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
627     {
628         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
629         ss->skipNullMove = true;
630         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
631         ss->skipNullMove = false;
632
633         tte = TT.probe(posKey);
634         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
635     }
636
637 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
638
639     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
640     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
641                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
642
643     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
644     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
645                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
646
647     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
648     CheckInfo ci(pos);
649     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
650     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
651                || ss->staticEval == VALUE_NONE
652                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
653
654     singularExtensionNode =   !RootNode
655                            && !SpNode
656                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
657                            &&  ttMove != MOVE_NONE
658                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
659                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
660                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
661                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
662                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
663
664     // Step 11. Loop through moves
665     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
666     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
667     {
668       assert(is_ok(move));
669
670       if (move == excludedMove)
671           continue;
672
673       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
674       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
675       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
676       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
677           continue;
678
679       if (SpNode)
680       {
681           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
682           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
683               continue;
684
685           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
686           splitPoint->mutex.unlock();
687       }
688       else
689           ++moveCount;
690
691       if (RootNode)
692       {
693           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
694
695           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
696               sync_cout << "info depth " << depth
697                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
698                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
699       }
700
701       ext = DEPTH_ZERO;
702       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
703
704       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
705                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
706                   : pos.gives_check(move, ci);
707
708       dangerous =   givesCheck
709                  || type_of(move) != NORMAL
710                  || pos.advanced_pawn_push(move);
711
712       // Step 12. Extend checks
713       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
714           ext = ONE_PLY;
715
716       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
717       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
718       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
719       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
720       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
721       if (    singularExtensionNode
722           &&  move == ttMove
723           && !ext
724           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
725       {
726           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
727           ss->excludedMove = move;
728           ss->skipNullMove = true;
729           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
730           ss->skipNullMove = false;
731           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
732
733           if (value < rBeta)
734               ext = ONE_PLY;
735       }
736
737       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
738       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
739
740       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
741       if (   !PvNode
742           && !captureOrPromotion
743           && !inCheck
744           && !dangerous
745        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
746           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
747       {
748           // Move count based pruning
749           if (   depth < 16 * ONE_PLY
750               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
751           {
752               if (SpNode)
753                   splitPoint->mutex.lock();
754
755               continue;
756           }
757
758           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
759
760           // Futility pruning: parent node
761           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
762           {
763               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
764                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
765
766               if (futilityValue <= alpha)
767               {
768                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
769
770                   if (SpNode)
771                   {
772                       splitPoint->mutex.lock();
773                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
774                           splitPoint->bestValue = bestValue;
775                   }
776                   continue;
777               }
778           }
779
780           // Prune moves with negative SEE at low depths
781           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
782           {
783               if (SpNode)
784                   splitPoint->mutex.lock();
785
786               continue;
787           }
788       }
789
790       // Speculative prefetch as early as possible
791       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
792
793       // Check for legality just before making the move
794       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
795       {
796           moveCount--;
797           continue;
798       }
799
800       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
801       ss->currentMove = move;
802       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
803           quietsSearched[quietCount++] = move;
804
805       // Step 14. Make the move
806       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
807
808       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
809       // re-searched at full depth.
810       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
811           && !pvMove
812           && !captureOrPromotion
813           &&  move != ttMove
814           &&  move != ss->killers[0]
815           &&  move != ss->killers[1])
816       {
817           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
818
819           if (   (!PvNode && cutNode)
820               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
821               ss->reduction += ONE_PLY;
822
823           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
824               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
825
826           // Decrease reduction for moves that escape a capture
827           if (   ss->reduction
828               && type_of(move) == NORMAL
829               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
830               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
831               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
832
833           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
834           if (SpNode)
835               alpha = splitPoint->alpha;
836
837           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
838
839           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
840           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
841           {
842               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
843               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
844           }
845
846           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
847           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
848       }
849       else
850           doFullDepthSearch = !pvMove;
851
852       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
853       if (doFullDepthSearch)
854       {
855           if (SpNode)
856               alpha = splitPoint->alpha;
857
858           value = newDepth <   ONE_PLY ?
859                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
860                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
861                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
862       }
863
864       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
865       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
866       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
867       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
868           value = newDepth <   ONE_PLY ?
869                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
870                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
871                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
872       // Step 17. Undo move
873       pos.undo_move(move);
874
875       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
876
877       // Step 18. Check for new best move
878       if (SpNode)
879       {
880           splitPoint->mutex.lock();
881           bestValue = splitPoint->bestValue;
882           alpha = splitPoint->alpha;
883       }
884
885       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
886       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
887       // updating best move, PV and TT.
888       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
889           return VALUE_ZERO;
890
891       if (RootNode)
892       {
893           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
894
895           // PV move or new best move ?
896           if (pvMove || value > alpha)
897           {
898               rm.score = value;
899               rm.extract_pv_from_tt(pos);
900
901               // We record how often the best move has been changed in each
902               // iteration. This information is used for time management: When
903               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
904               if (!pvMove)
905                   ++BestMoveChanges;
906           }
907           else
908               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
909               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
910               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
911               rm.score = -VALUE_INFINITE;
912       }
913
914       if (value > bestValue)
915       {
916           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
917
918           if (value > alpha)
919           {
920               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
921
922               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
923                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
924               else
925               {
926                   assert(value >= beta); // Fail high
927
928                   if (SpNode)
929                       splitPoint->cutoff = true;
930
931                   break;
932               }
933           }
934       }
935
936       // Step 19. Check for splitting the search
937       if (   !SpNode
938           &&  Threads.size() >= 2
939           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
940           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
941                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
942           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
943       {
944           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
945
946           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
947                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
948
949           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
950               return VALUE_ZERO;
951
952           if (bestValue >= beta)
953               break;
954       }
955     }
956
957     if (SpNode)
958         return bestValue;
959
960     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
961     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
962     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
963     /*
964        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
965         return VALUE_DRAW;
966     */
967
968     // Step 20. Check for mate and stalemate
969     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
970     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
971     // return a fail low score.
972     if (!moveCount)
973         bestValue = excludedMove ? alpha
974                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
975
976     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
977     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
978         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
979
980     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
981              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
982              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
983              depth, bestMove, ss->staticEval);
984
985     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
986
987     return bestValue;
988   }
989
990
991   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
992   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
993   // less than ONE_PLY).
994
995   template <NodeType NT, bool InCheck>
996   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
997
998     const bool PvNode = NT == PV;
999
1000     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1001     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1002     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1003     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1004     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1005
1006     StateInfo st;
1007     const TTEntry* tte;
1008     Key posKey;
1009     Move ttMove, move, bestMove;
1010     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1011     bool givesCheck, evasionPrunable;
1012     Depth ttDepth;
1013
1014     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1015     if (PvNode)
1016         oldAlpha = alpha;
1017
1018     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1019     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1020
1021     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1022     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1023         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1024
1025     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1026     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1027     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1028     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1029                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1030
1031     // Transposition table lookup
1032     posKey = pos.key();
1033     tte = TT.probe(posKey);
1034     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1035     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1036
1037     if (   tte
1038         && tte->depth() >= ttDepth
1039         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1040         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1041             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1042                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1043     {
1044         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1045         return ttValue;
1046     }
1047
1048     // Evaluate the position statically
1049     if (InCheck)
1050     {
1051         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1052         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1053     }
1054     else
1055     {
1056         if (tte)
1057         {
1058             // Never assume anything on values stored in TT
1059             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1060                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1061
1062             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1063             if (ttValue != VALUE_NONE)
1064                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1065                     bestValue = ttValue;
1066         }
1067         else
1068             ss->staticEval = bestValue =
1069             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1070
1071         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1072         if (bestValue >= beta)
1073         {
1074             if (!tte)
1075                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1076                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1077
1078             return bestValue;
1079         }
1080
1081         if (PvNode && bestValue > alpha)
1082             alpha = bestValue;
1083
1084         futilityBase = bestValue + 128;
1085     }
1086
1087     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1088     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1089     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1090     // be generated.
1091     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1092     CheckInfo ci(pos);
1093
1094     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1095     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1096     {
1097       assert(is_ok(move));
1098
1099       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1100                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1101                   : pos.gives_check(move, ci);
1102
1103       // Futility pruning
1104       if (   !PvNode
1105           && !InCheck
1106           && !givesCheck
1107           &&  move != ttMove
1108           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1109           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1110       {
1111           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1112
1113           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1114
1115           if (futilityValue < beta)
1116           {
1117               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1118               continue;
1119           }
1120
1121           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1122           {
1123               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1124               continue;
1125           }
1126       }
1127
1128       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1129       evasionPrunable =    InCheck
1130                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1131                        && !pos.capture(move)
1132                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1133
1134       // Don't search moves with negative SEE values
1135       if (   !PvNode
1136           && (!InCheck || evasionPrunable)
1137           &&  move != ttMove
1138           &&  type_of(move) != PROMOTION
1139           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1140           continue;
1141
1142       // Speculative prefetch as early as possible
1143       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1144
1145       // Check for legality just before making the move
1146       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1147           continue;
1148
1149       ss->currentMove = move;
1150
1151       // Make and search the move
1152       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1153       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1154                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1155       pos.undo_move(move);
1156
1157       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1158
1159       // Check for new best move
1160       if (value > bestValue)
1161       {
1162           bestValue = value;
1163
1164           if (value > alpha)
1165           {
1166               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1167               {
1168                   alpha = value;
1169                   bestMove = move;
1170               }
1171               else // Fail high
1172               {
1173                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1174                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1175
1176                   return value;
1177               }
1178           }
1179        }
1180     }
1181
1182     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1183     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1184     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1185         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1186
1187     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1188              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1189              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1190
1191     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1192
1193     return bestValue;
1194   }
1195
1196
1197   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1198   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1199   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1200
1201   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1202
1203     assert(v != VALUE_NONE);
1204
1205     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1206           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1207   }
1208
1209
1210   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1211   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1212   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1213
1214   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1215
1216     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1217           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1218           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1219   }
1220
1221
1222   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1223   // of a quiet move.
1224
1225   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1226
1227     if (ss->killers[0] != move)
1228     {
1229         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1230         ss->killers[0] = move;
1231     }
1232
1233     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1234     // played quiet moves.
1235     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1236     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1237     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1238     {
1239         Move m = quiets[i];
1240         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1241     }
1242
1243     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1244     {
1245         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1246         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1247     }
1248
1249     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1250     {
1251         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1252         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1253     }
1254   }
1255
1256
1257   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1258   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1259
1260   Move Skill::pick_move() {
1261
1262     static RKISS rk;
1263
1264     // PRNG sequence should be not deterministic
1265     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1266         rk.rand<unsigned>();
1267
1268     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1269     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1270     int weakness = 120 - 2 * level;
1271     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1272     best = MOVE_NONE;
1273
1274     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1275     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1276     // then we choose the move with the resulting highest score.
1277     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1278     {
1279         int s = RootMoves[i].score;
1280
1281         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1282         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1283             break;
1284
1285         // This is our magic formula
1286         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1287               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1288
1289         if (s > max_s)
1290         {
1291             max_s = s;
1292             best = RootMoves[i].pv[0];
1293         }
1294     }
1295     return best;
1296   }
1297
1298
1299   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1300   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1301   // search score.
1302
1303   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1304
1305     std::stringstream ss;
1306     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1307     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1308     int selDepth = 0;
1309
1310     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1311         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1312             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1313
1314     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1315     {
1316         bool updated = (i <= PVIdx);
1317
1318         if (depth == 1 && !updated)
1319             continue;
1320
1321         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1322         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1323
1324         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1325             ss << "\n";
1326
1327         ss << "info depth " << d
1328            << " seldepth "  << selDepth
1329            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1330            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1331            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1332            << " time "      << elapsed
1333            << " multipv "   << i + 1
1334            << " pv";
1335
1336         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1337             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1338     }
1339
1340     return ss.str();
1341   }
1342
1343 } // namespace
1344
1345
1346 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1347 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1348 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1349 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1350
1351 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1352
1353   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1354   const TTEntry* tte;
1355   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1356   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1357   Value expectedScore = score;
1358
1359   pv.clear();
1360
1361   do {
1362       pv.push_back(m);
1363
1364       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1365
1366       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1367       tte = TT.probe(pos.key());
1368       expectedScore = -expectedScore;
1369
1370   } while (   tte
1371            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1372            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1373            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1374            && ply < MAX_PLY
1375            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1376
1377   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1378
1379   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1380 }
1381
1382
1383 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1384 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1385 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1386
1387 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1388
1389   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1390   const TTEntry* tte;
1391   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1392
1393   do {
1394       tte = TT.probe(pos.key());
1395
1396       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1397           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1398
1399       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1400
1401       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1402
1403   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1404
1405   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1406 }
1407
1408
1409 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1410
1411 void Thread::idle_loop() {
1412
1413   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1414   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1415   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1416
1417   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1418
1419   while (!exit)
1420   {
1421       // If this thread has been assigned work, launch a search
1422       while (searching)
1423       {
1424           Threads.mutex.lock();
1425
1426           assert(activeSplitPoint);
1427           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1428
1429           Threads.mutex.unlock();
1430
1431           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1432           Position pos(*sp->pos, this);
1433
1434           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1435           ss->splitPoint = sp;
1436
1437           sp->mutex.lock();
1438
1439           assert(activePosition == NULL);
1440
1441           activePosition = &pos;
1442
1443           if (sp->nodeType == NonPV)
1444               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1445
1446           else if (sp->nodeType == PV)
1447               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1448
1449           else if (sp->nodeType == Root)
1450               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1451
1452           else
1453               assert(false);
1454
1455           assert(searching);
1456
1457           searching = false;
1458           activePosition = NULL;
1459           sp->slavesMask.reset(idx);
1460           sp->allSlavesSearching = false;
1461           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1462
1463           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1464           // loop in case we are the last slave of the split point.
1465           if (    this != sp->masterThread
1466               &&  sp->slavesMask.none())
1467           {
1468               assert(!sp->masterThread->searching);
1469               sp->masterThread->notify_one();
1470           }
1471
1472           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1473           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1474           // the sp master.
1475           sp->mutex.unlock();
1476
1477           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1478           // already finished.
1479           if (Threads.size() > 2)
1480               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1481               {
1482                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1483                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1484
1485                   if (   sp
1486                       && sp->allSlavesSearching
1487                       && available_to(Threads[i]))
1488                   {
1489                       // Recheck the conditions under lock protection
1490                       Threads.mutex.lock();
1491                       sp->mutex.lock();
1492
1493                       if (   sp->allSlavesSearching
1494                           && available_to(Threads[i]))
1495                       {
1496                            sp->slavesMask.set(idx);
1497                            activeSplitPoint = sp;
1498                            searching = true;
1499                       }
1500
1501                       sp->mutex.unlock();
1502                       Threads.mutex.unlock();
1503
1504                       break; // Just a single attempt
1505                   }
1506               }
1507       }
1508
1509       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1510       mutex.lock();
1511
1512       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1513       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1514       {
1515           assert(!searching);
1516           mutex.unlock();
1517           break;
1518       }
1519
1520       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1521       // wasting CPU time polling for work.
1522       if (!searching && !exit)
1523           sleepCondition.wait(mutex);
1524
1525       mutex.unlock();
1526   }
1527 }
1528
1529
1530 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1531 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1532 /// available time and thus stop the search.
1533
1534 void check_time() {
1535
1536   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1537   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1538
1539   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1540   {
1541       lastInfoTime = Time::now();
1542       dbg_print();
1543   }
1544
1545   if (Limits.ponder)
1546       return;
1547
1548   if (Limits.nodes)
1549   {
1550       Threads.mutex.lock();
1551
1552       nodes = RootPos.nodes_searched();
1553
1554       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1555       // all the currently active positions nodes.
1556       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1557           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1558           {
1559               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1560
1561               sp.mutex.lock();
1562
1563               nodes += sp.nodes;
1564
1565               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1566                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1567                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1568
1569               sp.mutex.unlock();
1570           }
1571
1572       Threads.mutex.unlock();
1573   }
1574
1575   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1576   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1577                          && !Signals.failedLowAtRoot
1578                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1579
1580   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1581                    || stillAtFirstMove;
1582
1583   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1584       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1585       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1586       Signals.stop = true;
1587 }