6215b083dd22dc3bc2e408d8fbe09c3a076e0bd0
[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 + 16 * 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(100 * 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
72     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
73   }
74
75   size_t PVIdx;
76   TimeManager TimeMgr;
77   double BestMoveChanges;
78   Value DrawValue[COLOR_NB];
79   HistoryStats History;
80   GainsStats Gains;
81   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
82
83   template <NodeType NT, bool SpNode>
84   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
85
86   template <NodeType NT, bool InCheck>
87   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
88
89   void id_loop(Position& pos);
90   Value value_to_tt(Value v, int ply);
91   Value value_from_tt(Value v, int ply);
92   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
93   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
94
95   struct Skill {
96     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
97                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
98                                     best(MOVE_NONE) {}
99    ~Skill() {
100       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
101           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
102                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
103     }
104
105     size_t candidates_size() const { return candidates; }
106     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
107     Move pick_move();
108
109     int level;
110     size_t candidates;
111     Move best;
112   };
113
114 } // namespace
115
116
117 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
118
119 void Search::init() {
120
121   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
122   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
123   int mc; // moveCount
124
125   // Init reductions array
126   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
127   {
128       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
129       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
130       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
131       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 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 * ONE_PLY)
137           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
138
139       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
140           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
141   }
142
143   // Init futility move count array
144   for (d = 0; d < 32; ++d)
145   {
146       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
147       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
148   }
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154 template<bool Root>
155 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   StateInfo st;
158   uint64_t cnt, nodes = 0;
159   CheckInfo ci(pos);
160   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
161
162   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
163   {
164       if (Root && depth <= ONE_PLY)
165           cnt = 1, nodes++;
166       else
167       {
168           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
169           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
170           nodes += cnt;
171           pos.undo_move(*it);
172       }
173       if (Root)
174           sync_cout << move_to_uci(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
175   }
176   return nodes;
177 }
178
179 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
180
181
182 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
183 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
184 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
185
186 void Search::think() {
187
188   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
189
190   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
191   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
192   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
193
194   if (RootMoves.empty())
195   {
196       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
197       sync_cout << "info depth 0 score "
198                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
199                 << sync_endl;
200
201       goto finalize;
202   }
203
204   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
205   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
206       Threads[i]->maxPly = 0;
207
208   Threads.timer->run = true;
209   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
210
211   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
212
213   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
214
215 finalize:
216
217   // When search is stopped this info is not printed
218   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
219             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
220
221   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
222   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
223   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
224   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
225   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
226   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
227   {
228       Signals.stopOnPonderhit = true;
229       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
230   }
231
232   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
233   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
234             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
235             << sync_endl;
236 }
237
238
239 namespace {
240
241   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
242   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
243   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
244
245   void id_loop(Position& pos) {
246
247     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
248     int depth;
249     Value bestValue, alpha, beta, delta;
250
251     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
252
253     depth = 0;
254     BestMoveChanges = 0;
255     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
256     beta = VALUE_INFINITE;
257
258     TT.new_search();
259     History.clear();
260     Gains.clear();
261     Countermoves.clear();
262     Followupmoves.clear();
263
264     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
265     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
266
267     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
268     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
269     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
270
271     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
272     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
273     {
274         // Age out PV variability metric
275         BestMoveChanges *= 0.5;
276
277         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
278         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
279         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
280             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
281
282         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
283         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
284         {
285             // Reset aspiration window starting size
286             if (depth >= 5)
287             {
288                 delta = Value(16);
289                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
290                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
291             }
292
293             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
294             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
295             // high/low anymore.
296             while (true)
297             {
298                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
299
300                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
301                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
302                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
303                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
304                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
305                 // search the already searched PV lines are preserved.
306                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
307
308                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
309                 // entries have been overwritten during the search.
310                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
311                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
312
313                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
314                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
315                 // valid, although it refers to previous iteration.
316                 if (Signals.stop)
317                     break;
318
319                 // When failing high/low give some update (without cluttering
320                 // the UI) before a re-search.
321                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
322                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
323                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
324
325                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
326                 // re-search, otherwise exit the loop.
327                 if (bestValue <= alpha)
328                 {
329                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
330
331                     Signals.failedLowAtRoot = true;
332                     Signals.stopOnPonderhit = false;
333                 }
334                 else if (bestValue >= beta)
335                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
336
337                 else
338                     break;
339
340                 delta += 3 * delta / 8;
341
342                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
343             }
344
345             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
346             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
347
348             if (PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size()) || Time::now() - SearchTime > 3000)
349                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
350         }
351
352         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
353         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
354             skill.pick_move();
355
356         // Have we found a "mate in x"?
357         if (   Limits.mate
358             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
359             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
360             Signals.stop = true;
361
362         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
363         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
364         {
365             // Take some extra time if the best move has changed
366             if (depth > 4 && multiPV == 1)
367                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
368
369             // Stop the search if only one legal move is available or all
370             // of the available time has been used.
371             if (   RootMoves.size() == 1
372                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
373             {
374                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
375                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
376                 if (Limits.ponder)
377                     Signals.stopOnPonderhit = true;
378                 else
379                     Signals.stop = true;
380             }
381         }
382     }
383   }
384
385
386   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
387   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
388   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
389   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
390   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
391   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
392
393   template <NodeType NT, bool SpNode>
394   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
395
396     const bool RootNode = NT == Root;
397     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
398
399     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
400     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
401     assert(depth > DEPTH_ZERO);
402
403     Move quietsSearched[64];
404     StateInfo st;
405     const TTEntry *tte;
406     SplitPoint* splitPoint;
407     Key posKey;
408     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
409     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
410     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
411     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
412     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
413     int moveCount, quietCount;
414
415     // Step 1. Initialize node
416     Thread* thisThread = pos.this_thread();
417     inCheck = pos.checkers();
418
419     if (SpNode)
420     {
421         splitPoint = ss->splitPoint;
422         bestMove   = splitPoint->bestMove;
423         bestValue  = splitPoint->bestValue;
424         tte = NULL;
425         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
426         ttValue = VALUE_NONE;
427
428         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
429
430         goto moves_loop;
431     }
432
433     moveCount = quietCount = 0;
434     bestValue = -VALUE_INFINITE;
435     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
436     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
437     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
438     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
439
440     // Used to send selDepth info to GUI
441     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
442         thisThread->maxPly = ss->ply;
443
444     if (!RootNode)
445     {
446         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
447         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
448             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
449
450         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
451         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
452         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
453         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
454         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
455         // mate. In this case return a fail-high score.
456         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
457         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
458         if (alpha >= beta)
459             return alpha;
460     }
461
462     // Step 4. Transposition table lookup
463     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
464     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
465     excludedMove = ss->excludedMove;
466     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
467     tte = TT.probe(posKey);
468     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
469     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
470
471     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
472     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
473     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
474     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
475     if (   !RootNode
476         && tte
477         && tte->depth() >= depth
478         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
479         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
480             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
481                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
482     {
483         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
484
485         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
486         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
487             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
488
489         return ttValue;
490     }
491
492     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
493     if (inCheck)
494     {
495         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
496         goto moves_loop;
497     }
498
499     else if (tte)
500     {
501         // Never assume anything on values stored in TT
502         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
503             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
504
505         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
506         if (ttValue != VALUE_NONE)
507             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
508                 eval = ttValue;
509     }
510     else
511     {
512         eval = ss->staticEval =
513         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
514
515         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
516     }
517
518     if (   !pos.captured_piece_type()
519         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
520         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
521         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
522         &&  move != MOVE_NONE
523         &&  type_of(move) == NORMAL)
524     {
525         Square to = to_sq(move);
526         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
527     }
528
529     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
530     if (   !PvNode
531         &&  depth < 4 * ONE_PLY
532         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
533         &&  ttMove == MOVE_NONE
534         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
535     {
536         if (   depth <= ONE_PLY
537             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
538             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
539
540         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
541         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
542         if (v <= ralpha)
543             return v;
544     }
545
546     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
547     if (   !PvNode
548         && !ss->skipNullMove
549         &&  depth < 7 * ONE_PLY
550         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
551         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
552         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
553         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
554         return eval - futility_margin(depth);
555
556     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
557     if (   !PvNode
558         && !ss->skipNullMove
559         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
560         &&  eval >= beta
561         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
562     {
563         ss->currentMove = MOVE_NULL;
564
565         assert(eval - beta >= 0);
566
567         // Null move dynamic reduction based on depth and value
568         Depth R =  3 * ONE_PLY
569                  + depth / 4
570                  + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3) * ONE_PLY;
571
572         pos.do_null_move(st);
573         (ss+1)->skipNullMove = true;
574         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
575                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
576         (ss+1)->skipNullMove = false;
577         pos.undo_null_move();
578
579         if (nullValue >= beta)
580         {
581             // Do not return unproven mate scores
582             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
583                 nullValue = beta;
584
585             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
586                 return nullValue;
587
588             // Do verification search at high depths
589             ss->skipNullMove = true;
590             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
591                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
592             ss->skipNullMove = false;
593
594             if (v >= beta)
595                 return nullValue;
596         }
597     }
598
599     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
600     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
601     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
602     // prune the previous move.
603     if (   !PvNode
604         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
605         && !ss->skipNullMove
606         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
607     {
608         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
609         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
610
611         assert(rdepth >= ONE_PLY);
612         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
613         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
614
615         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
616         CheckInfo ci(pos);
617
618         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
619             if (pos.legal(move, ci.pinned))
620             {
621                 ss->currentMove = move;
622                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
623                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
624                 pos.undo_move(move);
625                 if (value >= rbeta)
626                     return value;
627             }
628     }
629
630     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
631     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
632         && !ttMove
633         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
634     {
635         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
636
637         ss->skipNullMove = true;
638         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
639         ss->skipNullMove = false;
640
641         tte = TT.probe(posKey);
642         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
643     }
644
645 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
646
647     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
648     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
649                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
650
651     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
652     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
653                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
654
655     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
656     CheckInfo ci(pos);
657     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
658     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
659                || ss->staticEval == VALUE_NONE
660                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
661
662     singularExtensionNode =   !RootNode
663                            && !SpNode
664                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
665                            &&  abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN
666                            &&  ttMove != MOVE_NONE
667                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
668                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
669                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
670                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
671                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
672
673     // Step 11. Loop through moves
674     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
675     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
676     {
677       assert(is_ok(move));
678
679       if (move == excludedMove)
680           continue;
681
682       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
683       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
684       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
685       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
686           continue;
687
688       if (SpNode)
689       {
690           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
691           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
692               continue;
693
694           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
695           splitPoint->mutex.unlock();
696       }
697       else
698           ++moveCount;
699
700       if (RootNode)
701       {
702           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
703
704           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
705               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
706                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
707                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
708       }
709
710       ext = DEPTH_ZERO;
711       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
712
713       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
714                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
715                   : pos.gives_check(move, ci);
716
717       dangerous =   givesCheck
718                  || type_of(move) != NORMAL
719                  || pos.advanced_pawn_push(move);
720
721       // Step 12. Extend checks
722       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
723           ext = ONE_PLY;
724
725       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
726       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
727       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
728       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
729       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
730       if (    singularExtensionNode
731           &&  move == ttMove
732           && !ext
733           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
734       {
735           Value rBeta = ttValue - int(depth);
736           ss->excludedMove = move;
737           ss->skipNullMove = true;
738           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
739           ss->skipNullMove = false;
740           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
741
742           if (value < rBeta)
743               ext = ONE_PLY;
744       }
745
746       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
747       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
748
749       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
750       if (   !PvNode
751           && !captureOrPromotion
752           && !inCheck
753           && !dangerous
754        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
755           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
756       {
757           // Move count based pruning
758           if (   depth < 16 * ONE_PLY
759               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
760           {
761               if (SpNode)
762                   splitPoint->mutex.lock();
763
764               continue;
765           }
766
767           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
768
769           // Futility pruning: parent node
770           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
771           {
772               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
773                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
774
775               if (futilityValue <= alpha)
776               {
777                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
778
779                   if (SpNode)
780                   {
781                       splitPoint->mutex.lock();
782                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
783                           splitPoint->bestValue = bestValue;
784                   }
785                   continue;
786               }
787           }
788
789           // Prune moves with negative SEE at low depths
790           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
791           {
792               if (SpNode)
793                   splitPoint->mutex.lock();
794
795               continue;
796           }
797       }
798
799       // Check for legality just before making the move
800       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
801       {
802           moveCount--;
803           continue;
804       }
805
806       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
807       ss->currentMove = move;
808       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
809           quietsSearched[quietCount++] = move;
810
811       // Step 14. Make the move
812       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
813
814       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
815       // re-searched at full depth.
816       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
817           && !pvMove
818           && !captureOrPromotion
819           &&  move != ttMove
820           &&  move != ss->killers[0]
821           &&  move != ss->killers[1])
822       {
823           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
824
825           if (   (!PvNode && cutNode)
826               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
827               ss->reduction += ONE_PLY;
828
829           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
830               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
831
832           // Decrease reduction for moves that escape a capture
833           if (   ss->reduction
834               && type_of(move) == NORMAL
835               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
836               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
837               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
838
839           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
840           if (SpNode)
841               alpha = splitPoint->alpha;
842
843           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
844
845           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
846           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
847           {
848               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
849               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
850           }
851
852           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
853           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
854       }
855       else
856           doFullDepthSearch = !pvMove;
857
858       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
859       if (doFullDepthSearch)
860       {
861           if (SpNode)
862               alpha = splitPoint->alpha;
863
864           value = newDepth < ONE_PLY ?
865                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
866                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
867                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
868       }
869
870       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
871       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
872       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
873       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
874           value = newDepth < ONE_PLY ?
875                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
876                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
877                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
878       // Step 17. Undo move
879       pos.undo_move(move);
880
881       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
882
883       // Step 18. Check for new best move
884       if (SpNode)
885       {
886           splitPoint->mutex.lock();
887           bestValue = splitPoint->bestValue;
888           alpha = splitPoint->alpha;
889       }
890
891       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
892       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
893       // updating best move, PV and TT.
894       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
895           return VALUE_ZERO;
896
897       if (RootNode)
898       {
899           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
900
901           // PV move or new best move ?
902           if (pvMove || value > alpha)
903           {
904               rm.score = value;
905               rm.extract_pv_from_tt(pos);
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 (!pvMove)
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 (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
929                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
930               else
931               {
932                   assert(value >= beta); // Fail high
933
934                   if (SpNode)
935                       splitPoint->cutoff = true;
936
937                   break;
938               }
939           }
940       }
941
942       // Step 19. Check for splitting the search
943       if (   !SpNode
944           &&  Threads.size() >= 2
945           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
946           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
947                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
948           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
949       {
950           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
951
952           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
953                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
954
955           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
956               return VALUE_ZERO;
957
958           if (bestValue >= beta)
959               break;
960       }
961     }
962
963     if (SpNode)
964         return bestValue;
965
966     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
967     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
968     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
969     /*
970        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
971         return VALUE_DRAW;
972     */
973
974     // Step 20. Check for mate and stalemate
975     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
976     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
977     // return a fail low score.
978     if (!moveCount)
979         bestValue = excludedMove ? alpha
980                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
981
982     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
983     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
984         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
985
986     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
987              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
988              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
989              depth, bestMove, ss->staticEval);
990
991     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
992
993     return bestValue;
994   }
995
996
997   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
998   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
999   // less than ONE_PLY).
1000
1001   template <NodeType NT, bool InCheck>
1002   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1003
1004     const bool PvNode = NT == PV;
1005
1006     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1007     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1008     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1009     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1010     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1011
1012     StateInfo st;
1013     const TTEntry* tte;
1014     Key posKey;
1015     Move ttMove, move, bestMove;
1016     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1017     bool givesCheck, evasionPrunable;
1018     Depth ttDepth;
1019
1020     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1021     if (PvNode)
1022         oldAlpha = alpha;
1023
1024     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1025     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1026
1027     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1028     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1029         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1030
1031     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1032     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1033     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1034     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1035                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1036
1037     // Transposition table lookup
1038     posKey = pos.key();
1039     tte = TT.probe(posKey);
1040     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1041     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1042
1043     if (   tte
1044         && tte->depth() >= ttDepth
1045         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1046         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1047             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1048                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1049     {
1050         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1051         return ttValue;
1052     }
1053
1054     // Evaluate the position statically
1055     if (InCheck)
1056     {
1057         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1058         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1059     }
1060     else
1061     {
1062         if (tte)
1063         {
1064             // Never assume anything on values stored in TT
1065             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1066                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1067
1068             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1069             if (ttValue != VALUE_NONE)
1070                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1071                     bestValue = ttValue;
1072         }
1073         else
1074             ss->staticEval = bestValue =
1075             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1076
1077         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1078         if (bestValue >= beta)
1079         {
1080             if (!tte)
1081                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1082                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1083
1084             return bestValue;
1085         }
1086
1087         if (PvNode && bestValue > alpha)
1088             alpha = bestValue;
1089
1090         futilityBase = bestValue + 128;
1091     }
1092
1093     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1094     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1095     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1096     // be generated.
1097     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1098     CheckInfo ci(pos);
1099
1100     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1101     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1102     {
1103       assert(is_ok(move));
1104
1105       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1106                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1107                   : pos.gives_check(move, ci);
1108
1109       // Futility pruning
1110       if (   !PvNode
1111           && !InCheck
1112           && !givesCheck
1113           &&  move != ttMove
1114           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1115           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1116       {
1117           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1118
1119           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1120
1121           if (futilityValue < beta)
1122           {
1123               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1124               continue;
1125           }
1126
1127           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1128           {
1129               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1130               continue;
1131           }
1132       }
1133
1134       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1135       evasionPrunable =    InCheck
1136                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1137                        && !pos.capture(move)
1138                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1139
1140       // Don't search moves with negative SEE values
1141       if (   !PvNode
1142           && (!InCheck || evasionPrunable)
1143           &&  move != ttMove
1144           &&  type_of(move) != PROMOTION
1145           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1146           continue;
1147
1148       // Check for legality just before making the move
1149       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1150           continue;
1151
1152       ss->currentMove = move;
1153
1154       // Make and search the move
1155       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1156       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1157                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1158       pos.undo_move(move);
1159
1160       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1161
1162       // Check for new best move
1163       if (value > bestValue)
1164       {
1165           bestValue = value;
1166
1167           if (value > alpha)
1168           {
1169               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1170               {
1171                   alpha = value;
1172                   bestMove = move;
1173               }
1174               else // Fail high
1175               {
1176                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1177                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1178
1179                   return value;
1180               }
1181           }
1182        }
1183     }
1184
1185     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1186     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1187     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1188         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1189
1190     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1191              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1192              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1193
1194     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1195
1196     return bestValue;
1197   }
1198
1199
1200   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1201   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1202   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1203
1204   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1205
1206     assert(v != VALUE_NONE);
1207
1208     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1209           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1210   }
1211
1212
1213   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1214   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1215   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1216
1217   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1218
1219     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1220           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1221           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1222   }
1223
1224
1225   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1226   // of a quiet move.
1227
1228   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1229
1230     if (ss->killers[0] != move)
1231     {
1232         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1233         ss->killers[0] = move;
1234     }
1235
1236     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1237     // played quiet moves.
1238     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1239     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1240     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1241     {
1242         Move m = quiets[i];
1243         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1244     }
1245
1246     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1247     {
1248         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1249         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1250     }
1251
1252     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1253     {
1254         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1255         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1256     }
1257   }
1258
1259
1260   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1261   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1262
1263   Move Skill::pick_move() {
1264
1265     static RKISS rk;
1266
1267     // PRNG sequence should be not deterministic
1268     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1269         rk.rand<unsigned>();
1270
1271     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1272     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1273     int weakness = 120 - 2 * level;
1274     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1275     best = MOVE_NONE;
1276
1277     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1278     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1279     // then we choose the move with the resulting highest score.
1280     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1281     {
1282         int s = RootMoves[i].score;
1283
1284         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1285         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1286             break;
1287
1288         // This is our magic formula
1289         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1290               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1291
1292         if (s > max_s)
1293         {
1294             max_s = s;
1295             best = RootMoves[i].pv[0];
1296         }
1297     }
1298     return best;
1299   }
1300
1301
1302   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1303   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1304   // search score.
1305
1306   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1307
1308     std::stringstream ss;
1309     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1310     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1311     int selDepth = 0;
1312
1313     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1314         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1315             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1316
1317     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1318     {
1319         bool updated = (i <= PVIdx);
1320
1321         if (depth == 1 && !updated)
1322             continue;
1323
1324         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1325         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1326
1327         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1328             ss << "\n";
1329
1330         ss << "info depth " << d
1331            << " seldepth "  << selDepth
1332            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1333            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1334            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1335            << " time "      << elapsed
1336            << " multipv "   << i + 1
1337            << " pv";
1338
1339         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1340             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1341     }
1342
1343     return ss.str();
1344   }
1345
1346 } // namespace
1347
1348
1349 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1350 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1351 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1352 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1353
1354 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1355
1356   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1357   const TTEntry* tte;
1358   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1359   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1360   Value expectedScore = score;
1361
1362   pv.clear();
1363
1364   do {
1365       pv.push_back(m);
1366
1367       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1368
1369       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1370       tte = TT.probe(pos.key());
1371       expectedScore = -expectedScore;
1372
1373   } while (   tte
1374            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1375            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1376            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1377            && ply < MAX_PLY
1378            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1379
1380   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1381
1382   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1383 }
1384
1385
1386 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1387 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1388 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1389
1390 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1391
1392   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1393   const TTEntry* tte;
1394   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1395
1396   do {
1397       tte = TT.probe(pos.key());
1398
1399       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1400           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1401
1402       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1403
1404       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1405
1406   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1407
1408   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1409 }
1410
1411
1412 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1413
1414 void Thread::idle_loop() {
1415
1416   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1417   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1418   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1419
1420   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1421
1422   while (!exit)
1423   {
1424       // If this thread has been assigned work, launch a search
1425       while (searching)
1426       {
1427           Threads.mutex.lock();
1428
1429           assert(activeSplitPoint);
1430           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1431
1432           Threads.mutex.unlock();
1433
1434           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1435           Position pos(*sp->pos, this);
1436
1437           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1438           ss->splitPoint = sp;
1439
1440           sp->mutex.lock();
1441
1442           assert(activePosition == NULL);
1443
1444           activePosition = &pos;
1445
1446           if (sp->nodeType == NonPV)
1447               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1448
1449           else if (sp->nodeType == PV)
1450               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1451
1452           else if (sp->nodeType == Root)
1453               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1454
1455           else
1456               assert(false);
1457
1458           assert(searching);
1459
1460           searching = false;
1461           activePosition = NULL;
1462           sp->slavesMask.reset(idx);
1463           sp->allSlavesSearching = false;
1464           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1465
1466           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1467           // loop in case we are the last slave of the split point.
1468           if (    this != sp->masterThread
1469               &&  sp->slavesMask.none())
1470           {
1471               assert(!sp->masterThread->searching);
1472               sp->masterThread->notify_one();
1473           }
1474
1475           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1476           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1477           // the sp master.
1478           sp->mutex.unlock();
1479
1480           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1481           // already finished.
1482           if (Threads.size() > 2)
1483               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1484               {
1485                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1486                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1487
1488                   if (   sp
1489                       && sp->allSlavesSearching
1490                       && available_to(Threads[i]))
1491                   {
1492                       // Recheck the conditions under lock protection
1493                       Threads.mutex.lock();
1494                       sp->mutex.lock();
1495
1496                       if (   sp->allSlavesSearching
1497                           && available_to(Threads[i]))
1498                       {
1499                            sp->slavesMask.set(idx);
1500                            activeSplitPoint = sp;
1501                            searching = true;
1502                       }
1503
1504                       sp->mutex.unlock();
1505                       Threads.mutex.unlock();
1506
1507                       break; // Just a single attempt
1508                   }
1509               }
1510       }
1511
1512       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1513       mutex.lock();
1514
1515       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1516       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1517       {
1518           assert(!searching);
1519           mutex.unlock();
1520           break;
1521       }
1522
1523       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1524       // wasting CPU time polling for work.
1525       if (!searching && !exit)
1526           sleepCondition.wait(mutex);
1527
1528       mutex.unlock();
1529   }
1530 }
1531
1532
1533 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1534 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1535 /// available time and thus stop the search.
1536
1537 void check_time() {
1538
1539   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1540   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1541
1542   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1543   {
1544       lastInfoTime = Time::now();
1545       dbg_print();
1546   }
1547
1548   if (Limits.ponder)
1549       return;
1550
1551   if (Limits.nodes)
1552   {
1553       Threads.mutex.lock();
1554
1555       nodes = RootPos.nodes_searched();
1556
1557       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1558       // all the currently active positions nodes.
1559       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1560           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1561           {
1562               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1563
1564               sp.mutex.lock();
1565
1566               nodes += sp.nodes;
1567
1568               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1569                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1570                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1571
1572               sp.mutex.unlock();
1573           }
1574
1575       Threads.mutex.unlock();
1576   }
1577
1578   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1579   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1580                          && !Signals.failedLowAtRoot
1581                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1582
1583   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1584                    || stillAtFirstMove;
1585
1586   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1587       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1588       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1589       Signals.stop = true;
1590 }