]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Codestyle massage Search::init()
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   // 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 < 32; ++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       goto finalize;
196   }
197
198   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
199   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
200       Threads[i]->maxPly = 0;
201
202   Threads.timer->run = true;
203   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
204
205   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
206
207   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
208
209 finalize:
210
211   // When search is stopped this info is not printed
212   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
213             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
214
215   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
216   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
217   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
218   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
219   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
220   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
221   {
222       Signals.stopOnPonderhit = true;
223       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
224   }
225
226   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
227   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
228             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
229             << sync_endl;
230 }
231
232
233 namespace {
234
235   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
236   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
237   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
238
239   void id_loop(Position& pos) {
240
241     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
242     int depth;
243     Value bestValue, alpha, beta, delta;
244
245     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
246
247     depth = 0;
248     BestMoveChanges = 0;
249     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
250     beta = VALUE_INFINITE;
251
252     TT.new_search();
253     History.clear();
254     Gains.clear();
255     Countermoves.clear();
256     Followupmoves.clear();
257
258     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
259     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
260
261     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
262     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
263     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
264
265     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
266     while (++depth < MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
267     {
268         // Age out PV variability metric
269         BestMoveChanges *= 0.5;
270
271         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
272         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
273         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
274             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
275
276         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
277         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
278         {
279             // Reset aspiration window starting size
280             if (depth >= 5)
281             {
282                 delta = Value(16);
283                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
284                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
285             }
286
287             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
288             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
289             // high/low anymore.
290             while (true)
291             {
292                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
293
294                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
295                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
296                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
297                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
298                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
299                 // search the already searched PV lines are preserved.
300                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
301
302                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
303                 // entries have been overwritten during the search.
304                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
305                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
306
307                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
308                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
309                 // valid, although it refers to previous iteration.
310                 if (Signals.stop)
311                     break;
312
313                 // When failing high/low give some update (without cluttering
314                 // the UI) before a re-search.
315                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
316                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
317                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
318
319                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
320                 // re-search, otherwise exit the loop.
321                 if (bestValue <= alpha)
322                 {
323                     beta = (alpha + beta) / 2;
324                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
325
326                     Signals.failedLowAtRoot = true;
327                     Signals.stopOnPonderhit = false;
328                 }
329                 else if (bestValue >= beta)
330                 {
331                     alpha = (alpha + beta) / 2;
332                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
333                 }
334
335                 else
336                     break;
337
338                 delta += delta / 2;
339
340                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
341             }
342
343             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
344             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
345
346             if (   !Signals.stop
347                 && (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
348                     || 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->ply = (ss-1)->ply + 1;
436
437     // Used to send selDepth info to GUI
438     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
439         thisThread->maxPly = ss->ply;
440
441     if (!RootNode)
442     {
443         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
444         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
445             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
446
447         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
448         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
449         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
450         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
451         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
452         // mate. In this case return a fail-high score.
453         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
454         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
455         if (alpha >= beta)
456             return alpha;
457     }
458
459     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
460
461     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
462     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
463     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
464
465     // Step 4. Transposition table lookup
466     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
467     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
468     excludedMove = ss->excludedMove;
469     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
470     tte = TT.probe(posKey);
471     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
472     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
473
474     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
475     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
476     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
477     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
478     if (   !RootNode
479         && tte
480         && tte->depth() >= depth
481         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
482         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
483             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
484                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
485     {
486         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
487
488         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
489         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
490             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
491
492         return ttValue;
493     }
494
495     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
496     if (inCheck)
497     {
498         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
499         goto moves_loop;
500     }
501
502     else if (tte)
503     {
504         // Never assume anything on values stored in TT
505         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
506             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
507
508         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
509         if (ttValue != VALUE_NONE)
510             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
511                 eval = ttValue;
512     }
513     else
514     {
515         eval = ss->staticEval =
516         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
517
518         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
519     }
520
521     if (   !pos.captured_piece_type()
522         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
523         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
524         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
525         &&  move != MOVE_NONE
526         &&  type_of(move) == NORMAL)
527     {
528         Square to = to_sq(move);
529         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
530     }
531
532     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
533     if (   !PvNode
534         &&  depth < 4 * ONE_PLY
535         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
536         &&  ttMove == MOVE_NONE
537         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
538     {
539         if (   depth <= ONE_PLY
540             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
541             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
542
543         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
544         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
545         if (v <= ralpha)
546             return v;
547     }
548
549     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
550     if (   !PvNode
551         && !ss->skipNullMove
552         &&  depth < 7 * ONE_PLY
553         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
554         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
555         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
556         return eval - futility_margin(depth);
557
558     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
559     if (   !PvNode
560         && !ss->skipNullMove
561         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
562         &&  eval >= beta
563         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
564     {
565         ss->currentMove = MOVE_NULL;
566
567         assert(eval - beta >= 0);
568
569         // Null move dynamic reduction based on depth and value
570         Depth R = (3 + depth / 4 + 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 = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
636         ss->skipNullMove = true;
637         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
638         ss->skipNullMove = false;
639
640         tte = TT.probe(posKey);
641         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
642     }
643
644 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
645
646     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
647     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
648                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
649
650     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
651     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
652                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
653
654     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
655     CheckInfo ci(pos);
656     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
657     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
658                || ss->staticEval == VALUE_NONE
659                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
660
661     singularExtensionNode =   !RootNode
662                            && !SpNode
663                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
664                            &&  ttMove != MOVE_NONE
665                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
666                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
667                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
668                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
669                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
670
671     // Step 11. Loop through moves
672     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
673     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
674     {
675       assert(is_ok(move));
676
677       if (move == excludedMove)
678           continue;
679
680       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
681       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
682       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
683       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
684           continue;
685
686       if (SpNode)
687       {
688           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
689           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
690               continue;
691
692           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
693           splitPoint->mutex.unlock();
694       }
695       else
696           ++moveCount;
697
698       if (RootNode)
699       {
700           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
701
702           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
703               sync_cout << "info depth " << depth
704                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
705                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
706       }
707
708       ext = DEPTH_ZERO;
709       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
710
711       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
712                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
713                   : pos.gives_check(move, ci);
714
715       dangerous =   givesCheck
716                  || type_of(move) != NORMAL
717                  || pos.advanced_pawn_push(move);
718
719       // Step 12. Extend checks
720       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
721           ext = ONE_PLY;
722
723       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
724       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
725       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
726       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
727       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
728       if (    singularExtensionNode
729           &&  move == ttMove
730           && !ext
731           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
732       {
733           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
734           ss->excludedMove = move;
735           ss->skipNullMove = true;
736           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
737           ss->skipNullMove = false;
738           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
739
740           if (value < rBeta)
741               ext = ONE_PLY;
742       }
743
744       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
745       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
746
747       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
748       if (   !PvNode
749           && !captureOrPromotion
750           && !inCheck
751           && !dangerous
752           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
753       {
754           // Move count based pruning
755           if (   depth < 16 * ONE_PLY
756               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
757           {
758               if (SpNode)
759                   splitPoint->mutex.lock();
760
761               continue;
762           }
763
764           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
765
766           // Futility pruning: parent node
767           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
768           {
769               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
770                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
771
772               if (futilityValue <= alpha)
773               {
774                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
775
776                   if (SpNode)
777                   {
778                       splitPoint->mutex.lock();
779                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
780                           splitPoint->bestValue = bestValue;
781                   }
782                   continue;
783               }
784           }
785
786           // Prune moves with negative SEE at low depths
787           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
788           {
789               if (SpNode)
790                   splitPoint->mutex.lock();
791
792               continue;
793           }
794       }
795
796       // Speculative prefetch as early as possible
797       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
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           &&  moveCount > 1
818           && !captureOrPromotion
819           &&  move != ss->killers[0]
820           &&  move != ss->killers[1])
821       {
822           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
823
824           if (   (!PvNode && cutNode)
825               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
826               ss->reduction += ONE_PLY;
827
828           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
829               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
830
831           // Decrease reduction for moves that escape a capture
832           if (   ss->reduction
833               && type_of(move) == NORMAL
834               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
835               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
836               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
837
838           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
839           if (SpNode)
840               alpha = splitPoint->alpha;
841
842           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
843
844           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
845           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
846           {
847               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
848               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
849           }
850
851           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
852           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
853       }
854       else
855           doFullDepthSearch = !pvMove;
856
857       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
858       if (doFullDepthSearch)
859       {
860           if (SpNode)
861               alpha = splitPoint->alpha;
862
863           value = newDepth <   ONE_PLY ?
864                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
865                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
866                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
867       }
868
869       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
870       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
871       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
872       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
873           value = newDepth <   ONE_PLY ?
874                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
875                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
876                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
877       // Step 17. Undo move
878       pos.undo_move(move);
879
880       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
881
882       // Step 18. Check for new best move
883       if (SpNode)
884       {
885           splitPoint->mutex.lock();
886           bestValue = splitPoint->bestValue;
887           alpha = splitPoint->alpha;
888       }
889
890       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
891       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
892       // updating best move, PV and TT.
893       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
894           return VALUE_ZERO;
895
896       if (RootNode)
897       {
898           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
899
900           // PV move or new best move ?
901           if (pvMove || value > alpha)
902           {
903               rm.score = value;
904               rm.extract_pv_from_tt(pos);
905
906               // We record how often the best move has been changed in each
907               // iteration. This information is used for time management: When
908               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
909               if (!pvMove)
910                   ++BestMoveChanges;
911           }
912           else
913               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
914               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
915               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
916               rm.score = -VALUE_INFINITE;
917       }
918
919       if (value > bestValue)
920       {
921           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
922
923           if (value > alpha)
924           {
925               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
926
927               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
928                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
929               else
930               {
931                   assert(value >= beta); // Fail high
932
933                   if (SpNode)
934                       splitPoint->cutoff = true;
935
936                   break;
937               }
938           }
939       }
940
941       // Step 19. Check for splitting the search
942       if (   !SpNode
943           &&  Threads.size() >= 2
944           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
945           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
946                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
947           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
948       {
949           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
950
951           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
952                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
953
954           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
955               return VALUE_ZERO;
956
957           if (bestValue >= beta)
958               break;
959       }
960     }
961
962     if (SpNode)
963         return bestValue;
964
965     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
966     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
967     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
968     /*
969        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
970         return VALUE_DRAW;
971     */
972
973     // Step 20. Check for mate and stalemate
974     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
975     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
976     // return a fail low score.
977     if (!moveCount)
978         bestValue = excludedMove ? alpha
979                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
980
981     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
982     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
983         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
984
985     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
986              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
987              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
988              depth, bestMove, ss->staticEval);
989
990     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
991
992     return bestValue;
993   }
994
995
996   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
997   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
998   // less than ONE_PLY).
999
1000   template <NodeType NT, bool InCheck>
1001   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1002
1003     const bool PvNode = NT == PV;
1004
1005     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1006     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1007     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1008     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1009     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1010
1011     StateInfo st;
1012     const TTEntry* tte;
1013     Key posKey;
1014     Move ttMove, move, bestMove;
1015     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1016     bool givesCheck, evasionPrunable;
1017     Depth ttDepth;
1018
1019     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1020     if (PvNode)
1021         oldAlpha = alpha;
1022
1023     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1024     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1025
1026     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1027     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1028         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1029
1030     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1031
1032     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1033     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1034     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1035     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1036                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1037
1038     // Transposition table lookup
1039     posKey = pos.key();
1040     tte = TT.probe(posKey);
1041     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1042     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1043
1044     if (   tte
1045         && tte->depth() >= ttDepth
1046         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1047         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1048             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1049                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1050     {
1051         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1052         return ttValue;
1053     }
1054
1055     // Evaluate the position statically
1056     if (InCheck)
1057     {
1058         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1059         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1060     }
1061     else
1062     {
1063         if (tte)
1064         {
1065             // Never assume anything on values stored in TT
1066             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1067                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1068
1069             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1070             if (ttValue != VALUE_NONE)
1071                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1072                     bestValue = ttValue;
1073         }
1074         else
1075             ss->staticEval = bestValue =
1076             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1077
1078         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1079         if (bestValue >= beta)
1080         {
1081             if (!tte)
1082                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1083                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1084
1085             return bestValue;
1086         }
1087
1088         if (PvNode && bestValue > alpha)
1089             alpha = bestValue;
1090
1091         futilityBase = bestValue + 128;
1092     }
1093
1094     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1095     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1096     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1097     // be generated.
1098     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1099     CheckInfo ci(pos);
1100
1101     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1102     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1103     {
1104       assert(is_ok(move));
1105
1106       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1107                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1108                   : pos.gives_check(move, ci);
1109
1110       // Futility pruning
1111       if (   !PvNode
1112           && !InCheck
1113           && !givesCheck
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           &&  type_of(move) != PROMOTION
1144           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1145           continue;
1146
1147       // Speculative prefetch as early as possible
1148       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1149
1150       // Check for legality just before making the move
1151       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1152           continue;
1153
1154       ss->currentMove = move;
1155
1156       // Make and search the move
1157       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1158       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1159                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1160       pos.undo_move(move);
1161
1162       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1163
1164       // Check for new best move
1165       if (value > bestValue)
1166       {
1167           bestValue = value;
1168
1169           if (value > alpha)
1170           {
1171               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1172               {
1173                   alpha = value;
1174                   bestMove = move;
1175               }
1176               else // Fail high
1177               {
1178                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1179                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1180
1181                   return value;
1182               }
1183           }
1184        }
1185     }
1186
1187     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1188     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1189     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1190         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1191
1192     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1193              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1194              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1195
1196     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1197
1198     return bestValue;
1199   }
1200
1201
1202   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1203   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1204   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1205
1206   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1207
1208     assert(v != VALUE_NONE);
1209
1210     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1211           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1212   }
1213
1214
1215   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1216   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1217   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1218
1219   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1220
1221     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1222           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1223           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1224   }
1225
1226
1227   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1228   // of a quiet move.
1229
1230   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1231
1232     if (ss->killers[0] != move)
1233     {
1234         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1235         ss->killers[0] = move;
1236     }
1237
1238     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1239     // played quiet moves.
1240     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1241     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1242     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1243     {
1244         Move m = quiets[i];
1245         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1246     }
1247
1248     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1249     {
1250         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1251         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1252     }
1253
1254     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1255     {
1256         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1257         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1258     }
1259   }
1260
1261
1262   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1263   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1264
1265   Move Skill::pick_move() {
1266
1267     static RKISS rk;
1268
1269     // PRNG sequence should be not deterministic
1270     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1271         rk.rand<unsigned>();
1272
1273     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1274     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1275     int weakness = 120 - 2 * level;
1276     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1277     best = MOVE_NONE;
1278
1279     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1280     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1281     // then we choose the move with the resulting highest score.
1282     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1283     {
1284         int s = RootMoves[i].score;
1285
1286         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1287         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1288             break;
1289
1290         // This is our magic formula
1291         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1292               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1293
1294         if (s > max_s)
1295         {
1296             max_s = s;
1297             best = RootMoves[i].pv[0];
1298         }
1299     }
1300     return best;
1301   }
1302
1303
1304   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1305   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1306   // search score.
1307
1308   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1309
1310     std::stringstream ss;
1311     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1312     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1313     int selDepth = 0;
1314
1315     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1316         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1317             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1318
1319     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1320     {
1321         bool updated = (i <= PVIdx);
1322
1323         if (depth == 1 && !updated)
1324             continue;
1325
1326         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1327         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1328
1329         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1330             ss << "\n";
1331
1332         ss << "info depth " << d
1333            << " seldepth "  << selDepth
1334            << " multipv "   << i + 1
1335            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1336            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1337            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1338            << " time "      << elapsed
1339            << " pv";
1340
1341         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1342             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1343     }
1344
1345     return ss.str();
1346   }
1347
1348 } // namespace
1349
1350
1351 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1352 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1353 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1354 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1355
1356 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1357
1358   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1359   const TTEntry* tte;
1360   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1361   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1362   Value expectedScore = score;
1363
1364   pv.clear();
1365
1366   do {
1367       pv.push_back(m);
1368
1369       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1370
1371       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1372       tte = TT.probe(pos.key());
1373       expectedScore = -expectedScore;
1374
1375   } while (   tte
1376            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1377            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1378            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1379            && ply < MAX_PLY
1380            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1381
1382   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1383
1384   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1385 }
1386
1387
1388 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1389 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1390 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1391
1392 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1393
1394   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1395   const TTEntry* tte;
1396   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1397
1398   do {
1399       tte = TT.probe(pos.key());
1400
1401       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1402           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1403
1404       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1405
1406       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1407
1408   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1409
1410   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1411 }
1412
1413
1414 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1415
1416 void Thread::idle_loop() {
1417
1418   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1419   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1420   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1421
1422   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1423
1424   while (!exit)
1425   {
1426       // If this thread has been assigned work, launch a search
1427       while (searching)
1428       {
1429           Threads.mutex.lock();
1430
1431           assert(activeSplitPoint);
1432           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1433
1434           Threads.mutex.unlock();
1435
1436           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1437           Position pos(*sp->pos, this);
1438
1439           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1440           ss->splitPoint = sp;
1441
1442           sp->mutex.lock();
1443
1444           assert(activePosition == NULL);
1445
1446           activePosition = &pos;
1447
1448           if (sp->nodeType == NonPV)
1449               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1450
1451           else if (sp->nodeType == PV)
1452               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1453
1454           else if (sp->nodeType == Root)
1455               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1456
1457           else
1458               assert(false);
1459
1460           assert(searching);
1461
1462           searching = false;
1463           activePosition = NULL;
1464           sp->slavesMask.reset(idx);
1465           sp->allSlavesSearching = false;
1466           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1467
1468           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1469           // loop in case we are the last slave of the split point.
1470           if (    this != sp->masterThread
1471               &&  sp->slavesMask.none())
1472           {
1473               assert(!sp->masterThread->searching);
1474               sp->masterThread->notify_one();
1475           }
1476
1477           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1478           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1479           // the sp master.
1480           sp->mutex.unlock();
1481
1482           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1483           // already finished.
1484           if (Threads.size() > 2)
1485               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1486               {
1487                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1488                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1489
1490                   if (   sp
1491                       && sp->allSlavesSearching
1492                       && available_to(Threads[i]))
1493                   {
1494                       // Recheck the conditions under lock protection
1495                       Threads.mutex.lock();
1496                       sp->mutex.lock();
1497
1498                       if (   sp->allSlavesSearching
1499                           && available_to(Threads[i]))
1500                       {
1501                            sp->slavesMask.set(idx);
1502                            activeSplitPoint = sp;
1503                            searching = true;
1504                       }
1505
1506                       sp->mutex.unlock();
1507                       Threads.mutex.unlock();
1508
1509                       break; // Just a single attempt
1510                   }
1511               }
1512       }
1513
1514       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1515       mutex.lock();
1516
1517       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1518       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1519       {
1520           assert(!searching);
1521           mutex.unlock();
1522           break;
1523       }
1524
1525       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1526       // wasting CPU time polling for work.
1527       if (!searching && !exit)
1528           sleepCondition.wait(mutex);
1529
1530       mutex.unlock();
1531   }
1532 }
1533
1534
1535 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1536 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1537 /// available time and thus stop the search.
1538
1539 void check_time() {
1540
1541   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1542   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1543
1544   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1545   {
1546       lastInfoTime = Time::now();
1547       dbg_print();
1548   }
1549
1550   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1551   {
1552       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1553                              && !Signals.failedLowAtRoot
1554                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1555
1556       if (   stillAtFirstMove
1557           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1558           Signals.stop = true;
1559   }
1560   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1561       Signals.stop = true;
1562
1563   else if (Limits.nodes)
1564   {
1565       Threads.mutex.lock();
1566
1567       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1568
1569       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1570       // all the currently active positions nodes.
1571       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1572           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1573           {
1574               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1575
1576               sp.mutex.lock();
1577
1578               nodes += sp.nodes;
1579
1580               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1581                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1582                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1583
1584               sp.mutex.unlock();
1585           }
1586
1587       Threads.mutex.unlock();
1588
1589       if (nodes >= Limits.nodes)
1590           Signals.stop = true;
1591   }
1592 }