5b56af58051de0e8eff643260468c099f917f650
[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 "notation.h"
31 #include "rkiss.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Time::point SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 using std::string;
49 using Eval::evaluate;
50 using namespace Search;
51
52 namespace {
53
54   // Different node types, used as template parameter
55   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
56
57   // Dynamic razoring margin based on depth
58   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
59
60   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
61   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
62
63   inline Value futility_margin(Depth d) {
64     return Value(200 * d);
65   }
66
67   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
68   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
69
70   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
71     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
72   }
73
74   size_t PVIdx;
75   TimeManager TimeMgr;
76   double BestMoveChanges;
77   Value DrawValue[COLOR_NB];
78   HistoryStats History;
79   GainsStats Gains;
80   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
81
82   template <NodeType NT, bool SpNode>
83   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
84
85   template <NodeType NT, bool InCheck>
86   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
87
88   void id_loop(Position& pos);
89   Value value_to_tt(Value v, int ply);
90   Value value_from_tt(Value v, int ply);
91   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
92   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
93
94   struct Skill {
95     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
96                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
97                                     best(MOVE_NONE) {}
98    ~Skill() {
99       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
100           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
101                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
102     }
103
104     size_t candidates_size() const { return candidates; }
105     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
106     Move pick_move();
107
108     int level;
109     size_t candidates;
110     Move best;
111   };
112
113 } // namespace
114
115
116 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
117
118 void Search::init() {
119
120   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
121   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
122   int mc; // moveCount
123
124   // Init reductions array
125   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
126   {
127       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
128       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
129
130       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
131       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
132
133       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
134       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
135
136       if (Reductions[0][0][hd][mc] >= 2)
137           Reductions[0][0][hd][mc] += 1;
138   }
139
140   // Init futility move count array
141   for (d = 0; d < 32; ++d)
142   {
143       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d * 2 + 0.00, 1.8));
144       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d * 2 + 0.98, 1.8));
145   }
146 }
147
148
149 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
150 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
151 template<bool Root>
152 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
153
154   StateInfo st;
155   uint64_t cnt, nodes = 0;
156   CheckInfo ci(pos);
157   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
158
159   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
160   {
161       if (Root && depth <= ONE_PLY)
162           cnt = 1, nodes++;
163       else
164       {
165           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
166           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
167           nodes += cnt;
168           pos.undo_move(*it);
169       }
170       if (Root)
171           sync_cout << move_to_uci(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
172   }
173   return nodes;
174 }
175
176 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
177
178
179 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
180 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
181 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
182
183 void Search::think() {
184
185   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
186
187   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
188   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
189   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
190
191   if (RootMoves.empty())
192   {
193       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
194       sync_cout << "info depth 0 score "
195                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
196                 << sync_endl;
197
198       goto finalize;
199   }
200
201   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
202   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
203       Threads[i]->maxPly = 0;
204
205   Threads.timer->run = true;
206   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
207
208   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
209
210   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
211
212 finalize:
213
214   // When search is stopped this info is not printed
215   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
216             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
217
218   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
219   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
220   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
221   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
222   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
223   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
224   {
225       Signals.stopOnPonderhit = true;
226       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
227   }
228
229   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
230   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
231             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
232             << sync_endl;
233 }
234
235
236 namespace {
237
238   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
239   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
240   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
241
242   void id_loop(Position& pos) {
243
244     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
245     int depth;
246     Value bestValue, alpha, beta, delta;
247
248     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
249
250     depth = 0;
251     BestMoveChanges = 0;
252     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
253     beta = VALUE_INFINITE;
254
255     TT.new_search();
256     History.clear();
257     Gains.clear();
258     Countermoves.clear();
259     Followupmoves.clear();
260
261     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
262     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
263
264     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
265     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
266     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
267
268     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
269     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
270     {
271         // Age out PV variability metric
272         BestMoveChanges *= 0.5;
273
274         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
275         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
276         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
277             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
278
279         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
280         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
281         {
282             // Reset aspiration window starting size
283             if (depth >= 5)
284             {
285                 delta = Value(16);
286                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
287                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
288             }
289
290             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
291             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
292             // high/low anymore.
293             while (true)
294             {
295                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
296
297                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
298                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
299                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
300                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
301                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
302                 // search the already searched PV lines are preserved.
303                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
304
305                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
306                 // entries have been overwritten during the search.
307                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
308                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
309
310                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
311                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
312                 // valid, although it refers to previous iteration.
313                 if (Signals.stop)
314                     break;
315
316                 // When failing high/low give some update (without cluttering
317                 // the UI) before a re-search.
318                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
319                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
320                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
321
322                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
323                 // re-search, otherwise exit the loop.
324                 if (bestValue <= alpha)
325                 {
326                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
327
328                     Signals.failedLowAtRoot = true;
329                     Signals.stopOnPonderhit = false;
330                 }
331                 else if (bestValue >= beta)
332                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
333
334                 else
335                     break;
336
337                 delta += 3 * delta / 8;
338
339                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
340             }
341
342             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
343             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
344
345             if (PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size()) || Time::now() - SearchTime > 3000)
346                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
347         }
348
349         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
350         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
351             skill.pick_move();
352
353         // Have we found a "mate in x"?
354         if (   Limits.mate
355             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
356             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
357             Signals.stop = true;
358
359         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
360         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
361         {
362             // Take some extra time if the best move has changed
363             if (depth > 4 && multiPV == 1)
364                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
365
366             // Stop the search if only one legal move is available or all
367             // of the available time has been used.
368             if (   RootMoves.size() == 1
369                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
370             {
371                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
372                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
373                 if (Limits.ponder)
374                     Signals.stopOnPonderhit = true;
375                 else
376                     Signals.stop = true;
377             }
378         }
379     }
380   }
381
382
383   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
384   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
385   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
386   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
387   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
388   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
389
390   template <NodeType NT, bool SpNode>
391   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
392
393     const bool RootNode = NT == Root;
394     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
395
396     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
397     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
398     assert(depth > DEPTH_ZERO);
399
400     Move quietsSearched[64];
401     StateInfo st;
402     const TTEntry *tte;
403     SplitPoint* splitPoint;
404     Key posKey;
405     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
406     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
407     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
408     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
409     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
410     int moveCount, quietCount;
411
412     // Step 1. Initialize node
413     Thread* thisThread = pos.this_thread();
414     inCheck = pos.checkers();
415
416     if (SpNode)
417     {
418         splitPoint = ss->splitPoint;
419         bestMove   = splitPoint->bestMove;
420         bestValue  = splitPoint->bestValue;
421         tte = NULL;
422         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
423         ttValue = VALUE_NONE;
424
425         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
426
427         goto moves_loop;
428     }
429
430     moveCount = quietCount = 0;
431     bestValue = -VALUE_INFINITE;
432     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
433     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
434     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
435     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
436
437     // Used to send selDepth info to GUI
438     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
439         thisThread->maxPly = ss->ply;
440
441     if (!RootNode)
442     {
443         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
444         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
445             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
446
447         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
448         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
449         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
450         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
451         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
452         // mate. In this case return a fail-high score.
453         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
454         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
455         if (alpha >= beta)
456             return alpha;
457     }
458
459     // Step 4. Transposition table lookup
460     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
461     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
462     excludedMove = ss->excludedMove;
463     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
464     tte = TT.probe(posKey);
465     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
466     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
467
468     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
469     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
470     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
471     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
472     if (   !RootNode
473         && tte
474         && tte->depth() >= depth
475         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
476         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
477             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
478                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
479     {
480         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
481
482         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
483         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
484             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
485
486         return ttValue;
487     }
488
489     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
490     if (inCheck)
491     {
492         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
493         goto moves_loop;
494     }
495
496     else if (tte)
497     {
498         // Never assume anything on values stored in TT
499         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
500             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
501
502         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
503         if (ttValue != VALUE_NONE)
504             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
505                 eval = ttValue;
506     }
507     else
508     {
509         eval = ss->staticEval =
510         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
511
512         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
513     }
514
515     if (   !pos.captured_piece_type()
516         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
517         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
518         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
519         &&  move != MOVE_NONE
520         &&  type_of(move) == NORMAL)
521     {
522         Square to = to_sq(move);
523         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
524     }
525
526     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
527     if (   !PvNode
528         &&  depth < 4 * ONE_PLY
529         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
530         &&  ttMove == MOVE_NONE
531         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
532     {
533         if (   depth <= ONE_PLY
534             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
535             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
536
537         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
538         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
539         if (v <= ralpha)
540             return v;
541     }
542
543     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
544     if (   !PvNode
545         && !ss->skipNullMove
546         &&  depth < 7 * ONE_PLY
547         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
548         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
549         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
550         return eval - futility_margin(depth);
551
552     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
553     if (   !PvNode
554         && !ss->skipNullMove
555         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
556         &&  eval >= beta
557         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
558     {
559         ss->currentMove = MOVE_NULL;
560
561         assert(eval - beta >= 0);
562
563         // Null move dynamic reduction based on depth and value
564         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
565
566         pos.do_null_move(st);
567         (ss+1)->skipNullMove = true;
568         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
569                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
570         (ss+1)->skipNullMove = false;
571         pos.undo_null_move();
572
573         if (nullValue >= beta)
574         {
575             // Do not return unproven mate scores
576             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
577                 nullValue = beta;
578
579             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
580                 return nullValue;
581
582             // Do verification search at high depths
583             ss->skipNullMove = true;
584             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
585                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
586             ss->skipNullMove = false;
587
588             if (v >= beta)
589                 return nullValue;
590         }
591     }
592
593     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
594     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
595     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
596     // prune the previous move.
597     if (   !PvNode
598         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
599         && !ss->skipNullMove
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
601     {
602         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
603         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
604
605         assert(rdepth >= ONE_PLY);
606         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
607         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
608
609         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
610         CheckInfo ci(pos);
611
612         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
613             if (pos.legal(move, ci.pinned))
614             {
615                 ss->currentMove = move;
616                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
617                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
618                 pos.undo_move(move);
619                 if (value >= rbeta)
620                     return value;
621             }
622     }
623
624     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
625     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
626         && !ttMove
627         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
628     {
629         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
630         ss->skipNullMove = true;
631         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
632         ss->skipNullMove = false;
633
634         tte = TT.probe(posKey);
635         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
636     }
637
638 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
639
640     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
641     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
642                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
643
644     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
645     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
646                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
647
648     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
649     CheckInfo ci(pos);
650     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
651     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
652                || ss->staticEval == VALUE_NONE
653                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
654
655     singularExtensionNode =   !RootNode
656                            && !SpNode
657                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
658                            &&  ttMove != MOVE_NONE
659                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
660                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
661                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
662                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
663                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
664
665     // Step 11. Loop through moves
666     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
667     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
668     {
669       assert(is_ok(move));
670
671       if (move == excludedMove)
672           continue;
673
674       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
675       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
676       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
677       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
678           continue;
679
680       if (SpNode)
681       {
682           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
683           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
684               continue;
685
686           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
687           splitPoint->mutex.unlock();
688       }
689       else
690           ++moveCount;
691
692       if (RootNode)
693       {
694           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
695
696           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
697               sync_cout << "info depth " << depth
698                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
699                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
700       }
701
702       ext = DEPTH_ZERO;
703       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
704
705       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
706                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
707                   : pos.gives_check(move, ci);
708
709       dangerous =   givesCheck
710                  || type_of(move) != NORMAL
711                  || pos.advanced_pawn_push(move);
712
713       // Step 12. Extend checks
714       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
715           ext = ONE_PLY;
716
717       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
718       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
719       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
720       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
721       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
722       if (    singularExtensionNode
723           &&  move == ttMove
724           && !ext
725           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
726       {
727           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
728           ss->excludedMove = move;
729           ss->skipNullMove = true;
730           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
731           ss->skipNullMove = false;
732           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
733
734           if (value < rBeta)
735               ext = ONE_PLY;
736       }
737
738       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
739       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
740
741       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
742       if (   !PvNode
743           && !captureOrPromotion
744           && !inCheck
745           && !dangerous
746        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
747           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
748       {
749           // Move count based pruning
750           if (   depth < 16 * ONE_PLY
751               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
752           {
753               if (SpNode)
754                   splitPoint->mutex.lock();
755
756               continue;
757           }
758
759           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
760
761           // Futility pruning: parent node
762           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
763           {
764               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
765                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
766
767               if (futilityValue <= alpha)
768               {
769                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
770
771                   if (SpNode)
772                   {
773                       splitPoint->mutex.lock();
774                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
775                           splitPoint->bestValue = bestValue;
776                   }
777                   continue;
778               }
779           }
780
781           // Prune moves with negative SEE at low depths
782           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
783           {
784               if (SpNode)
785                   splitPoint->mutex.lock();
786
787               continue;
788           }
789       }
790
791       // Speculative prefetch as early as possible
792       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
793
794       // Check for legality just before making the move
795       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
796       {
797           moveCount--;
798           continue;
799       }
800
801       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
802       ss->currentMove = move;
803       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
804           quietsSearched[quietCount++] = move;
805
806       // Step 14. Make the move
807       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
808
809       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
810       // re-searched at full depth.
811       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
812           && !pvMove
813           && !captureOrPromotion
814           &&  move != ttMove
815           &&  move != ss->killers[0]
816           &&  move != ss->killers[1])
817       {
818           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
819
820           if (   (!PvNode && cutNode)
821               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
822               ss->reduction += ONE_PLY;
823
824           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
825               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
826
827           // Decrease reduction for moves that escape a capture
828           if (   ss->reduction
829               && type_of(move) == NORMAL
830               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
831               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
832               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
833
834           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
835           if (SpNode)
836               alpha = splitPoint->alpha;
837
838           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
839
840           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
841           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
842           {
843               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
844               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
845           }
846
847           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
848           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
849       }
850       else
851           doFullDepthSearch = !pvMove;
852
853       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
854       if (doFullDepthSearch)
855       {
856           if (SpNode)
857               alpha = splitPoint->alpha;
858
859           value = newDepth <   ONE_PLY ?
860                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
861                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
862                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
863       }
864
865       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
866       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
867       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
868       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
869           value = newDepth <   ONE_PLY ?
870                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
871                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
872                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
873       // Step 17. Undo move
874       pos.undo_move(move);
875
876       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
877
878       // Step 18. Check for new best move
879       if (SpNode)
880       {
881           splitPoint->mutex.lock();
882           bestValue = splitPoint->bestValue;
883           alpha = splitPoint->alpha;
884       }
885
886       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
887       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
888       // updating best move, PV and TT.
889       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
890           return VALUE_ZERO;
891
892       if (RootNode)
893       {
894           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
895
896           // PV move or new best move ?
897           if (pvMove || value > alpha)
898           {
899               rm.score = value;
900               rm.extract_pv_from_tt(pos);
901
902               // We record how often the best move has been changed in each
903               // iteration. This information is used for time management: When
904               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
905               if (!pvMove)
906                   ++BestMoveChanges;
907           }
908           else
909               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
910               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
911               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
912               rm.score = -VALUE_INFINITE;
913       }
914
915       if (value > bestValue)
916       {
917           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
918
919           if (value > alpha)
920           {
921               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
922
923               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
924                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
925               else
926               {
927                   assert(value >= beta); // Fail high
928
929                   if (SpNode)
930                       splitPoint->cutoff = true;
931
932                   break;
933               }
934           }
935       }
936
937       // Step 19. Check for splitting the search
938       if (   !SpNode
939           &&  Threads.size() >= 2
940           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
941           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
942                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
943           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
944       {
945           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
946
947           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
948                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
949
950           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
951               return VALUE_ZERO;
952
953           if (bestValue >= beta)
954               break;
955       }
956     }
957
958     if (SpNode)
959         return bestValue;
960
961     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
962     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
963     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
964     /*
965        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
966         return VALUE_DRAW;
967     */
968
969     // Step 20. Check for mate and stalemate
970     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
971     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
972     // return a fail low score.
973     if (!moveCount)
974         bestValue = excludedMove ? alpha
975                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
976
977     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
978     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
979         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
980
981     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
982              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
983              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
984              depth, bestMove, ss->staticEval);
985
986     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
987
988     return bestValue;
989   }
990
991
992   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
993   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
994   // less than ONE_PLY).
995
996   template <NodeType NT, bool InCheck>
997   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
998
999     const bool PvNode = NT == PV;
1000
1001     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1002     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1003     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1004     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1005     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1006
1007     StateInfo st;
1008     const TTEntry* tte;
1009     Key posKey;
1010     Move ttMove, move, bestMove;
1011     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1012     bool givesCheck, evasionPrunable;
1013     Depth ttDepth;
1014
1015     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1016     if (PvNode)
1017         oldAlpha = alpha;
1018
1019     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1020     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1021
1022     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1023     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1024         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1025
1026     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1027     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1028     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1029     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1030                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1031
1032     // Transposition table lookup
1033     posKey = pos.key();
1034     tte = TT.probe(posKey);
1035     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1036     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1037
1038     if (   tte
1039         && tte->depth() >= ttDepth
1040         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1041         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1042             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1043                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1044     {
1045         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1046         return ttValue;
1047     }
1048
1049     // Evaluate the position statically
1050     if (InCheck)
1051     {
1052         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1053         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1054     }
1055     else
1056     {
1057         if (tte)
1058         {
1059             // Never assume anything on values stored in TT
1060             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1061                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1062
1063             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1064             if (ttValue != VALUE_NONE)
1065                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1066                     bestValue = ttValue;
1067         }
1068         else
1069             ss->staticEval = bestValue =
1070             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1071
1072         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1073         if (bestValue >= beta)
1074         {
1075             if (!tte)
1076                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1077                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1078
1079             return bestValue;
1080         }
1081
1082         if (PvNode && bestValue > alpha)
1083             alpha = bestValue;
1084
1085         futilityBase = bestValue + 128;
1086     }
1087
1088     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1089     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1090     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1091     // be generated.
1092     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1093     CheckInfo ci(pos);
1094
1095     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1096     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1097     {
1098       assert(is_ok(move));
1099
1100       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1101                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1102                   : pos.gives_check(move, ci);
1103
1104       // Futility pruning
1105       if (   !PvNode
1106           && !InCheck
1107           && !givesCheck
1108           &&  move != ttMove
1109           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1110           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1111       {
1112           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1113
1114           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1115
1116           if (futilityValue < beta)
1117           {
1118               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1119               continue;
1120           }
1121
1122           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1123           {
1124               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1125               continue;
1126           }
1127       }
1128
1129       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1130       evasionPrunable =    InCheck
1131                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1132                        && !pos.capture(move)
1133                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1134
1135       // Don't search moves with negative SEE values
1136       if (   !PvNode
1137           && (!InCheck || evasionPrunable)
1138           &&  move != ttMove
1139           &&  type_of(move) != PROMOTION
1140           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1141           continue;
1142
1143       // Speculative prefetch as early as possible
1144       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1145
1146       // Check for legality just before making the move
1147       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1148           continue;
1149
1150       ss->currentMove = move;
1151
1152       // Make and search the move
1153       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1154       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1155                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1156       pos.undo_move(move);
1157
1158       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1159
1160       // Check for new best move
1161       if (value > bestValue)
1162       {
1163           bestValue = value;
1164
1165           if (value > alpha)
1166           {
1167               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1168               {
1169                   alpha = value;
1170                   bestMove = move;
1171               }
1172               else // Fail high
1173               {
1174                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1175                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1176
1177                   return value;
1178               }
1179           }
1180        }
1181     }
1182
1183     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1184     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1185     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1186         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1187
1188     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1189              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1190              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1191
1192     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1193
1194     return bestValue;
1195   }
1196
1197
1198   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1199   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1200   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1201
1202   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1203
1204     assert(v != VALUE_NONE);
1205
1206     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1207           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1208   }
1209
1210
1211   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1212   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1213   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1214
1215   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1216
1217     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1218           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1219           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1220   }
1221
1222
1223   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1224   // of a quiet move.
1225
1226   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1227
1228     if (ss->killers[0] != move)
1229     {
1230         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1231         ss->killers[0] = move;
1232     }
1233
1234     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1235     // played quiet moves.
1236     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1237     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1238     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1239     {
1240         Move m = quiets[i];
1241         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1242     }
1243
1244     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1245     {
1246         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1247         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1248     }
1249
1250     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1251     {
1252         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1253         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1254     }
1255   }
1256
1257
1258   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1259   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1260
1261   Move Skill::pick_move() {
1262
1263     static RKISS rk;
1264
1265     // PRNG sequence should be not deterministic
1266     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1267         rk.rand<unsigned>();
1268
1269     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1270     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1271     int weakness = 120 - 2 * level;
1272     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1273     best = MOVE_NONE;
1274
1275     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1276     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1277     // then we choose the move with the resulting highest score.
1278     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1279     {
1280         int s = RootMoves[i].score;
1281
1282         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1283         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1284             break;
1285
1286         // This is our magic formula
1287         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1288               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1289
1290         if (s > max_s)
1291         {
1292             max_s = s;
1293             best = RootMoves[i].pv[0];
1294         }
1295     }
1296     return best;
1297   }
1298
1299
1300   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1301   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1302   // search score.
1303
1304   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1305
1306     std::stringstream ss;
1307     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1308     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1309     int selDepth = 0;
1310
1311     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1312         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1313             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1314
1315     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1316     {
1317         bool updated = (i <= PVIdx);
1318
1319         if (depth == 1 && !updated)
1320             continue;
1321
1322         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1323         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1324
1325         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1326             ss << "\n";
1327
1328         ss << "info depth " << d
1329            << " seldepth "  << selDepth
1330            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1331            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1332            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1333            << " time "      << elapsed
1334            << " multipv "   << i + 1
1335            << " pv";
1336
1337         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1338             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1339     }
1340
1341     return ss.str();
1342   }
1343
1344 } // namespace
1345
1346
1347 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1348 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1349 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1350 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1351
1352 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1353
1354   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1355   const TTEntry* tte;
1356   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1357   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1358   Value expectedScore = score;
1359
1360   pv.clear();
1361
1362   do {
1363       pv.push_back(m);
1364
1365       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1366
1367       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1368       tte = TT.probe(pos.key());
1369       expectedScore = -expectedScore;
1370
1371   } while (   tte
1372            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1373            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1374            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1375            && ply < MAX_PLY
1376            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1377
1378   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1379
1380   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1381 }
1382
1383
1384 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1385 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1386 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1387
1388 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1389
1390   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1391   const TTEntry* tte;
1392   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1393
1394   do {
1395       tte = TT.probe(pos.key());
1396
1397       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1398           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1399
1400       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1401
1402       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1403
1404   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1405
1406   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1407 }
1408
1409
1410 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1411
1412 void Thread::idle_loop() {
1413
1414   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1415   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1416   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1417
1418   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1419
1420   while (!exit)
1421   {
1422       // If this thread has been assigned work, launch a search
1423       while (searching)
1424       {
1425           Threads.mutex.lock();
1426
1427           assert(activeSplitPoint);
1428           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1429
1430           Threads.mutex.unlock();
1431
1432           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1433           Position pos(*sp->pos, this);
1434
1435           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1436           ss->splitPoint = sp;
1437
1438           sp->mutex.lock();
1439
1440           assert(activePosition == NULL);
1441
1442           activePosition = &pos;
1443
1444           if (sp->nodeType == NonPV)
1445               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1446
1447           else if (sp->nodeType == PV)
1448               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1449
1450           else if (sp->nodeType == Root)
1451               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1452
1453           else
1454               assert(false);
1455
1456           assert(searching);
1457
1458           searching = false;
1459           activePosition = NULL;
1460           sp->slavesMask.reset(idx);
1461           sp->allSlavesSearching = false;
1462           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1463
1464           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1465           // loop in case we are the last slave of the split point.
1466           if (    this != sp->masterThread
1467               &&  sp->slavesMask.none())
1468           {
1469               assert(!sp->masterThread->searching);
1470               sp->masterThread->notify_one();
1471           }
1472
1473           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1474           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1475           // the sp master.
1476           sp->mutex.unlock();
1477
1478           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1479           // already finished.
1480           if (Threads.size() > 2)
1481               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1482               {
1483                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1484                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1485
1486                   if (   sp
1487                       && sp->allSlavesSearching
1488                       && available_to(Threads[i]))
1489                   {
1490                       // Recheck the conditions under lock protection
1491                       Threads.mutex.lock();
1492                       sp->mutex.lock();
1493
1494                       if (   sp->allSlavesSearching
1495                           && available_to(Threads[i]))
1496                       {
1497                            sp->slavesMask.set(idx);
1498                            activeSplitPoint = sp;
1499                            searching = true;
1500                       }
1501
1502                       sp->mutex.unlock();
1503                       Threads.mutex.unlock();
1504
1505                       break; // Just a single attempt
1506                   }
1507               }
1508       }
1509
1510       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1511       mutex.lock();
1512
1513       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1514       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1515       {
1516           assert(!searching);
1517           mutex.unlock();
1518           break;
1519       }
1520
1521       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1522       // wasting CPU time polling for work.
1523       if (!searching && !exit)
1524           sleepCondition.wait(mutex);
1525
1526       mutex.unlock();
1527   }
1528 }
1529
1530
1531 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1532 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1533 /// available time and thus stop the search.
1534
1535 void check_time() {
1536
1537   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1538   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1539
1540   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1541   {
1542       lastInfoTime = Time::now();
1543       dbg_print();
1544   }
1545
1546   if (Limits.ponder)
1547       return;
1548
1549   if (Limits.nodes)
1550   {
1551       Threads.mutex.lock();
1552
1553       nodes = RootPos.nodes_searched();
1554
1555       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1556       // all the currently active positions nodes.
1557       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1558           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1559           {
1560               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1561
1562               sp.mutex.lock();
1563
1564               nodes += sp.nodes;
1565
1566               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1567                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1568                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1569
1570               sp.mutex.unlock();
1571           }
1572
1573       Threads.mutex.unlock();
1574   }
1575
1576   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1577   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1578                          && !Signals.failedLowAtRoot
1579                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1580
1581   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1582                    || stillAtFirstMove;
1583
1584   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1585       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1586       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1587       Signals.stop = true;
1588 }