5e356115b00eb5944c58bde4f069b861e9b13ede
[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][16]; // [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, Depth 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(Depth 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   // Init reductions array
120   for (int d = 1; d < 64; ++d)
121       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
122       {
123           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
124           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
125
126           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
127           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
128
129           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
130           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
131
132           // Increase reduction when eval is not improving
133           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
134               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
135       }
136
137   // Init futility move count array
138   for (int d = 0; d < 16; ++d)
139   {
140       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
141       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
142   }
143 }
144
145
146 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
147 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
148 template<bool Root>
149 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
150
151   StateInfo st;
152   uint64_t cnt, nodes = 0;
153   CheckInfo ci(pos);
154   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
155
156   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
157   {
158       if (Root && depth <= ONE_PLY)
159           cnt = 1, nodes++;
160       else
161       {
162           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
163           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
164           nodes += cnt;
165           pos.undo_move(*it);
166       }
167       if (Root)
168           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
169   }
170   return nodes;
171 }
172
173 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
183
184   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
185   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
186   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194   }
195   else
196   {
197       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
198           Threads[i]->maxPly = 0;
199
200       Threads.timer->run = true;
201       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
202
203       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
204
205       Threads.timer->run = false;
206   }
207
208   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
209   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
210   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
211   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
212   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
213   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
214   {
215       Signals.stopOnPonderhit = true;
216       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
217   }
218
219   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
220             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
221             << sync_endl;
222 }
223
224
225 namespace {
226
227   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
228   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
229   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
230
231   void id_loop(Position& pos) {
232
233     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
234     Depth depth;
235     Value bestValue, alpha, beta, delta;
236
237     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
238
239     depth = DEPTH_ZERO;
240     BestMoveChanges = 0;
241     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
242     beta = VALUE_INFINITE;
243
244     TT.new_search();
245     History.clear();
246     Gains.clear();
247     Countermoves.clear();
248     Followupmoves.clear();
249
250     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
251     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
252
253     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
254     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
255     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
256
257     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
258     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
259     {
260         // Age out PV variability metric
261         BestMoveChanges *= 0.5;
262
263         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
264         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
265         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
266             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
267
268         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
269         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
270         {
271             // Reset aspiration window starting size
272             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
273             {
274                 delta = Value(16);
275                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
276                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
277             }
278
279             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
280             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
281             // high/low anymore.
282             while (true)
283             {
284                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
285
286                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
287                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
288                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
289                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
290                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
291                 // search the already searched PV lines are preserved.
292                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
293
294                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
295                 // entries have been overwritten during the search.
296                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
297                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
298
299                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
300                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
301                 // valid, although it refers to previous iteration.
302                 if (Signals.stop)
303                     break;
304
305                 // When failing high/low give some update (without cluttering
306                 // the UI) before a re-search.
307                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
308                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
309                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
310
311                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
312                 // re-search, otherwise exit the loop.
313                 if (bestValue <= alpha)
314                 {
315                     beta = (alpha + beta) / 2;
316                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
317
318                     Signals.failedLowAtRoot = true;
319                     Signals.stopOnPonderhit = false;
320                 }
321                 else if (bestValue >= beta)
322                 {
323                     alpha = (alpha + beta) / 2;
324                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
325                 }
326                 else
327                     break;
328
329                 delta += delta / 2;
330
331                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
332             }
333
334             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
335             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
336
337             if (Signals.stop)
338                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
339                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
340
341             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
342                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
343                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
344         }
345
346         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
347         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
348             skill.pick_move();
349
350         // Have we found a "mate in x"?
351         if (   Limits.mate
352             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
353             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
354             Signals.stop = true;
355
356         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
357         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
358         {
359             // Take some extra time if the best move has changed
360             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
361                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
362
363             // Stop the search if only one legal move is available or all
364             // of the available time has been used.
365             if (   RootMoves.size() == 1
366                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
367             {
368                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
369                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
370                 if (Limits.ponder)
371                     Signals.stopOnPonderhit = true;
372                 else
373                     Signals.stop = true;
374             }
375         }
376     }
377   }
378
379
380   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
381   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
382   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
383   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
384   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
385   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
386
387   template <NodeType NT, bool SpNode>
388   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
389
390     const bool RootNode = NT == Root;
391     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
392
393     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
394     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
395     assert(depth > DEPTH_ZERO);
396
397     PVEntry pv;
398     Move quietsSearched[64];
399     StateInfo st;
400     const TTEntry *tte;
401     SplitPoint* splitPoint;
402     Key posKey;
403     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
404     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
405     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
406     bool inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
407     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
408     int moveCount, quietCount;
409
410     // Step 1. Initialize node
411     Thread* thisThread = pos.this_thread();
412     inCheck = pos.checkers();
413
414     if (SpNode)
415     {
416         splitPoint = ss->splitPoint;
417         bestMove   = splitPoint->bestMove;
418         bestValue  = splitPoint->bestValue;
419         tte = NULL;
420         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
421         ttValue = VALUE_NONE;
422
423         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
424
425         goto moves_loop;
426     }
427
428     moveCount = quietCount = 0;
429     bestValue = -VALUE_INFINITE;
430     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
431
432     // Used to send selDepth info to GUI
433     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
434         thisThread->maxPly = ss->ply;
435
436     if (!RootNode)
437     {
438         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
439         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
440             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
441
442         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
443         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
444         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
445         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
446         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
447         // mate. In this case return a fail-high score.
448         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
449         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
450         if (alpha >= beta)
451             return alpha;
452     }
453
454     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
455
456     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
457     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
458     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
459
460     // Step 4. Transposition table lookup
461     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
462     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
463     excludedMove = ss->excludedMove;
464     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
465     tte = TT.probe(posKey);
466     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
467     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
468
469     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
470     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
471     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
472     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
473     if (   !PvNode
474         && tte
475         && tte->depth() >= depth
476         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
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 " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
699                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
700       }
701
702       if (PvNode)
703           (ss+1)->pv = NULL;
704
705       ext = DEPTH_ZERO;
706       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
707
708       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
709                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
710                   : pos.gives_check(move, ci);
711
712       dangerous =   givesCheck
713                  || type_of(move) != NORMAL
714                  || pos.advanced_pawn_push(move);
715
716       // Step 12. Extend checks
717       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
718           ext = ONE_PLY;
719
720       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
721       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
722       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
723       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
724       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
725       if (    singularExtensionNode
726           &&  move == ttMove
727           && !ext
728           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
729       {
730           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
731           ss->excludedMove = move;
732           ss->skipNullMove = true;
733           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
734           ss->skipNullMove = false;
735           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
736
737           if (value < rBeta)
738               ext = ONE_PLY;
739       }
740
741       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
742       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
743
744       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
745       if (   !PvNode
746           && !captureOrPromotion
747           && !inCheck
748           && !dangerous
749           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
750       {
751           // Move count based pruning
752           if (   depth < 16 * ONE_PLY
753               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
754           {
755               if (SpNode)
756                   splitPoint->mutex.lock();
757
758               continue;
759           }
760
761           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
762
763           // Futility pruning: parent node
764           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
765           {
766               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
767                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
768
769               if (futilityValue <= alpha)
770               {
771                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
772
773                   if (SpNode)
774                   {
775                       splitPoint->mutex.lock();
776                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
777                           splitPoint->bestValue = bestValue;
778                   }
779                   continue;
780               }
781           }
782
783           // Prune moves with negative SEE at low depths
784           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
785           {
786               if (SpNode)
787                   splitPoint->mutex.lock();
788
789               continue;
790           }
791       }
792
793       // Speculative prefetch as early as possible
794       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
795
796       // Check for legality just before making the move
797       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
798       {
799           moveCount--;
800           continue;
801       }
802
803       ss->currentMove = move;
804       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
805           quietsSearched[quietCount++] = move;
806
807       // Step 14. Make the move
808       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
809
810       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
811       // re-searched at full depth.
812       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
813           &&  moveCount > 1
814           && !captureOrPromotion
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 = !PvNode || moveCount > 1;
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 && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta)))) {
869           pv.pv[0] = MOVE_NONE;
870           (ss+1)->pv = &pv;
871           value = newDepth <   ONE_PLY ?
872                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
873                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
874                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
875       }
876       // Step 17. Undo move
877       pos.undo_move(move);
878
879       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
880
881       // Step 18. Check for new best move
882       if (SpNode)
883       {
884           splitPoint->mutex.lock();
885           bestValue = splitPoint->bestValue;
886           alpha = splitPoint->alpha;
887       }
888
889       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
890       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
891       // updating best move, PV and TT.
892       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
893           return VALUE_ZERO;
894
895       if (RootNode)
896       {
897           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
898
899           // PV move or new best move ?
900           if (moveCount == 1 || value > alpha)
901           {
902               rm.score = value;
903               rm.pv.resize(1);
904               for (int i = 0; (ss+1)->pv && i < MAX_PLY && (ss+1)->pv->pv[i] != MOVE_NONE; ++i)
905                   rm.pv.push_back((ss+1)->pv->pv[i]);
906
907               // We record how often the best move has been changed in each
908               // iteration. This information is used for time management: When
909               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
910               if (moveCount > 1)
911                   ++BestMoveChanges;
912           }
913           else
914               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
915               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
916               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
917               rm.score = -VALUE_INFINITE;
918       }
919
920       if (value > bestValue)
921       {
922           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
923
924           if (value > alpha)
925           {
926               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
927
928               if (NT == PV) {
929                   ss->pv->update(move, (ss+1)->pv);
930                   if (SpNode)
931                       splitPoint->ss->pv->update(move, (ss+1)->pv);
932               }
933
934               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
935                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
936               else
937               {
938                   assert(value >= beta); // Fail high
939
940                   if (SpNode)
941                       splitPoint->cutoff = true;
942
943                   break;
944               }
945           }
946       }
947
948       // Step 19. Check for splitting the search
949       if (   !SpNode
950           &&  Threads.size() >= 2
951           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
952           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
953                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
954           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
955       {
956           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
957
958           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
959                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
960
961           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
962               return VALUE_ZERO;
963
964           if (bestValue >= beta)
965               break;
966       }
967     }
968
969     if (SpNode)
970         return bestValue;
971
972     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
973     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
974     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
975     /*
976        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
977         return VALUE_DRAW;
978     */
979
980     // Step 20. Check for mate and stalemate
981     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
982     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
983     // return a fail low score.
984     if (!moveCount)
985         bestValue = excludedMove ? alpha
986                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
987
988     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
989     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
990         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
991
992     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
993              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
994              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
995              depth, bestMove, ss->staticEval);
996
997     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
998
999     return bestValue;
1000   }
1001
1002
1003   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1004   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1005   // less than ONE_PLY).
1006
1007   template <NodeType NT, bool InCheck>
1008   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1009
1010     const bool PvNode = NT == PV;
1011
1012     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1013     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1014     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1015     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1016     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1017
1018     PVEntry pv;
1019     StateInfo st;
1020     const TTEntry* tte;
1021     Key posKey;
1022     Move ttMove, move, bestMove;
1023     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1024     bool givesCheck, evasionPrunable;
1025     Depth ttDepth;
1026
1027     if (PvNode) {
1028         // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1029         oldAlpha = alpha;
1030
1031         (ss+1)->pv = &pv;
1032         ss->pv->pv[0] = MOVE_NONE;
1033     }
1034
1035     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1036     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1037
1038     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1039     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1040         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1041
1042     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1043
1044     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1045     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1046     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1047     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1048                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1049
1050     // Transposition table lookup
1051     posKey = pos.key();
1052     tte = TT.probe(posKey);
1053     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1054     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1055
1056     if (  !PvNode 
1057         && tte
1058         && tte->depth() >= ttDepth
1059         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1060         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1061                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1062     {
1063         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1064         return ttValue;
1065     }
1066
1067     // Evaluate the position statically
1068     if (InCheck)
1069     {
1070         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1071         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1072     }
1073     else
1074     {
1075         if (tte)
1076         {
1077             // Never assume anything on values stored in TT
1078             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1079                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1080
1081             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1082             if (ttValue != VALUE_NONE)
1083                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1084                     bestValue = ttValue;
1085         }
1086         else
1087             ss->staticEval = bestValue =
1088             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1089
1090         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1091         if (bestValue >= beta)
1092         {
1093             if (!tte)
1094                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1095                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1096
1097             return bestValue;
1098         }
1099
1100         if (PvNode && bestValue > alpha)
1101             alpha = bestValue;
1102
1103         futilityBase = bestValue + 128;
1104     }
1105
1106     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1107     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1108     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1109     // be generated.
1110     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1111     CheckInfo ci(pos);
1112
1113     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1114     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1115     {
1116       assert(is_ok(move));
1117
1118       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1119                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1120                   : pos.gives_check(move, ci);
1121
1122       // Futility pruning
1123       if (   !PvNode
1124           && !InCheck
1125           && !givesCheck
1126           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1127           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1128       {
1129           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1130
1131           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1132
1133           if (futilityValue < beta)
1134           {
1135               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1136               continue;
1137           }
1138
1139           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1140           {
1141               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1142               continue;
1143           }
1144       }
1145
1146       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1147       evasionPrunable =    InCheck
1148                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1149                        && !pos.capture(move)
1150                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1151
1152       // Don't search moves with negative SEE values
1153       if (   !PvNode
1154           && (!InCheck || evasionPrunable)
1155           &&  type_of(move) != PROMOTION
1156           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1157           continue;
1158
1159       // Speculative prefetch as early as possible
1160       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1161
1162       // Check for legality just before making the move
1163       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1164           continue;
1165
1166       ss->currentMove = move;
1167
1168       // Make and search the move
1169       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1170       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1171                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1172       pos.undo_move(move);
1173
1174       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1175
1176       // Check for new best move
1177       if (value > bestValue)
1178       {
1179           bestValue = value;
1180
1181           if (value > alpha)
1182           {
1183               if (PvNode)
1184                   ss->pv->update(move, &pv);
1185
1186               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1187               {
1188                   alpha = value;
1189                   bestMove = move;
1190               }
1191               else // Fail high
1192               {
1193                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1194                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1195
1196                   return value;
1197               }
1198           }
1199        }
1200     }
1201
1202     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1203     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1204     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1205         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1206
1207     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1208              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1209              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1210
1211     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1212
1213     return bestValue;
1214   }
1215
1216
1217   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1218   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1219   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1220
1221   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1222
1223     assert(v != VALUE_NONE);
1224
1225     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1226           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1227   }
1228
1229
1230   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1231   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1232   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1233
1234   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1235
1236     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1237           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1238           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1239   }
1240
1241
1242   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1243   // of a quiet move.
1244
1245   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1246
1247     if (ss->killers[0] != move)
1248     {
1249         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1250         ss->killers[0] = move;
1251     }
1252
1253     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1254     // played quiet moves.
1255     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1256     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1257     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1258     {
1259         Move m = quiets[i];
1260         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1261     }
1262
1263     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1264     {
1265         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1266         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1267     }
1268
1269     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1270     {
1271         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1272         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1273     }
1274   }
1275
1276
1277   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1278   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1279
1280   Move Skill::pick_move() {
1281
1282     static RKISS rk;
1283
1284     // PRNG sequence should be not deterministic
1285     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1286         rk.rand<unsigned>();
1287
1288     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1289     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1290     int weakness = 120 - 2 * level;
1291     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1292     best = MOVE_NONE;
1293
1294     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1295     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1296     // then we choose the move with the resulting highest score.
1297     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1298     {
1299         int s = RootMoves[i].score;
1300
1301         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1302         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1303             break;
1304
1305         // This is our magic formula
1306         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1307               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1308
1309         if (s > max_s)
1310         {
1311             max_s = s;
1312             best = RootMoves[i].pv[0];
1313         }
1314     }
1315     return best;
1316   }
1317
1318
1319   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1320   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1321   // search score.
1322
1323   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1324
1325     std::stringstream ss;
1326     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1327     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1328     int selDepth = 0;
1329
1330     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1331         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1332             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1333
1334     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1335     {
1336         bool updated = (i <= PVIdx);
1337
1338         if (depth == 1 && !updated)
1339             continue;
1340
1341         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1342         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1343
1344         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1345             ss << "\n";
1346
1347         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1348            << " seldepth "  << selDepth
1349            << " multipv "   << i + 1
1350            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1351            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1352            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1353            << " time "      << elapsed
1354            << " pv";
1355
1356         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1357             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1358     }
1359
1360     return ss.str();
1361   }
1362
1363 } // namespace
1364
1365
1366 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1367 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1368 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1369
1370 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1371
1372   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1373   const TTEntry* tte;
1374   int idx = 0;
1375
1376   for (; idx < int(pv.size()); ++idx) {
1377       tte = TT.probe(pos.key());
1378
1379       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1380           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1381
1382       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1383       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1384   }
1385
1386   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1387 }
1388
1389
1390 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1391
1392 void Thread::idle_loop() {
1393
1394   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1395   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1396   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1397
1398   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1399
1400   while (!exit)
1401   {
1402       // If this thread has been assigned work, launch a search
1403       while (searching)
1404       {
1405           Threads.mutex.lock();
1406
1407           assert(activeSplitPoint);
1408           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1409
1410           Threads.mutex.unlock();
1411
1412           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1413           Position pos(*sp->pos, this);
1414
1415           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1416           ss->splitPoint = sp;
1417
1418           sp->mutex.lock();
1419
1420           assert(activePosition == NULL);
1421
1422           activePosition = &pos;
1423
1424           if (sp->nodeType == NonPV)
1425               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1426
1427           else if (sp->nodeType == PV)
1428               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1429
1430           else if (sp->nodeType == Root)
1431               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1432
1433           else
1434               assert(false);
1435
1436           assert(searching);
1437
1438           searching = false;
1439           activePosition = NULL;
1440           sp->slavesMask.reset(idx);
1441           sp->allSlavesSearching = false;
1442           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1443
1444           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1445           // loop in case we are the last slave of the split point.
1446           if (    this != sp->masterThread
1447               &&  sp->slavesMask.none())
1448           {
1449               assert(!sp->masterThread->searching);
1450               sp->masterThread->notify_one();
1451           }
1452
1453           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1454           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1455           // the sp master.
1456           sp->mutex.unlock();
1457
1458           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1459           // already finished.
1460           if (Threads.size() > 2)
1461               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1462               {
1463                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1464                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1465
1466                   if (   sp
1467                       && sp->allSlavesSearching
1468                       && available_to(Threads[i]))
1469                   {
1470                       // Recheck the conditions under lock protection
1471                       Threads.mutex.lock();
1472                       sp->mutex.lock();
1473
1474                       if (   sp->allSlavesSearching
1475                           && available_to(Threads[i]))
1476                       {
1477                            sp->slavesMask.set(idx);
1478                            activeSplitPoint = sp;
1479                            searching = true;
1480                       }
1481
1482                       sp->mutex.unlock();
1483                       Threads.mutex.unlock();
1484
1485                       break; // Just a single attempt
1486                   }
1487               }
1488       }
1489
1490       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1491       mutex.lock();
1492
1493       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1494       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1495       {
1496           assert(!searching);
1497           mutex.unlock();
1498           break;
1499       }
1500
1501       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1502       // wasting CPU time polling for work.
1503       if (!searching && !exit)
1504           sleepCondition.wait(mutex);
1505
1506       mutex.unlock();
1507   }
1508 }
1509
1510
1511 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1512 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1513 /// available time and thus stop the search.
1514
1515 void check_time() {
1516
1517   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1518   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1519
1520   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1521   {
1522       lastInfoTime = Time::now();
1523       dbg_print();
1524   }
1525
1526   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1527   {
1528       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1529                              && !Signals.failedLowAtRoot
1530                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1531
1532       if (   stillAtFirstMove
1533           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1534           Signals.stop = true;
1535   }
1536   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1537       Signals.stop = true;
1538
1539   else if (Limits.nodes)
1540   {
1541       Threads.mutex.lock();
1542
1543       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1544
1545       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1546       // all the currently active positions nodes.
1547       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1548           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1549           {
1550               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1551
1552               sp.mutex.lock();
1553
1554               nodes += sp.nodes;
1555
1556               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1557                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1558                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1559
1560               sp.mutex.unlock();
1561           }
1562
1563       Threads.mutex.unlock();
1564
1565       if (nodes >= Limits.nodes)
1566           Signals.stop = true;
1567   }
1568 }