]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Retire null search verification
[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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   size_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307     Followupmoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
401
402         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Have we found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop the search if only one legal move is available or most
433             // of the available time has been used. We probably don't have
434             // enough time to search the first move at the next iteration anyway.
435             if (   RootMoves.size() == 1
436                 || IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             if (stop)
440             {
441                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
442                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
443                 if (Limits.ponder)
444                     Signals.stopOnPonderhit = true;
445                 else
446                     Signals.stop = true;
447             }
448         }
449     }
450   }
451
452
453   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
454   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
455   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
456   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
457   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
458   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
459
460   template <NodeType NT>
461   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
462
463     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
464     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
465     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
466
467     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
468     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
469     assert(depth > DEPTH_ZERO);
470
471     Move quietsSearched[64];
472     StateInfo st;
473     const TTEntry *tte;
474     SplitPoint* splitPoint;
475     Key posKey;
476     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
477     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
478     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
479     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
480     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
481     int moveCount, quietCount;
482
483     // Step 1. Initialize node
484     Thread* thisThread = pos.this_thread();
485     inCheck = pos.checkers();
486
487     if (SpNode)
488     {
489         splitPoint = ss->splitPoint;
490         bestMove   = splitPoint->bestMove;
491         bestValue  = splitPoint->bestValue;
492         tte = NULL;
493         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
494         ttValue = VALUE_NONE;
495
496         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
497
498         goto moves_loop;
499     }
500
501     moveCount = quietCount = 0;
502     bestValue = -VALUE_INFINITE;
503     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
504     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
505     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
506     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
507
508     // Used to send selDepth info to GUI
509     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
510         thisThread->maxPly = ss->ply;
511
512     if (!RootNode)
513     {
514         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
515         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
516             return DrawValue[pos.side_to_move()];
517
518         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
519         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
520         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
521         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
522         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
523         // mate. In this case return a fail-high score.
524         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
525         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
526         if (alpha >= beta)
527             return alpha;
528     }
529
530     // Step 4. Transposition table lookup
531     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
532     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
533     excludedMove = ss->excludedMove;
534     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
535     tte = TT.probe(posKey);
536     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
537     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
538
539     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
540     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
541     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
542     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
543     if (   !RootNode
544         && tte
545         && tte->depth() >= depth
546         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
547         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
548             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
549                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
550     {
551         TT.refresh(tte);
552         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
553
554         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
555         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
556             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
557
558         return ttValue;
559     }
560
561     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
562     if (inCheck)
563     {
564         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
565         goto moves_loop;
566     }
567
568     else if (tte)
569     {
570         // Never assume anything on values stored in TT
571         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
572             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
573
574         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
575         if (ttValue != VALUE_NONE)
576             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
577                 eval = ttValue;
578     }
579     else
580     {
581         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
582         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
583     }
584
585     if (   !pos.captured_piece_type()
586         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
587         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
588         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
589         &&  type_of(move) == NORMAL)
590     {
591         Square to = to_sq(move);
592         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
593     }
594
595     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         &&  depth < 4 * ONE_PLY
598         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
599         &&  ttMove == MOVE_NONE
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
602     {
603         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
604         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
605         if (v <= ralpha)
606             return v;
607     }
608
609     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
610     if (   !PvNode
611         && !ss->skipNullMove
612         &&  depth < 7 * ONE_PLY
613         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
614         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
615         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
616         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
617         return eval - futility_margin(depth);
618
619     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
620     if (   !PvNode
621         && !ss->skipNullMove
622         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
623         &&  eval >= beta
624         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
625         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
626     {
627         ss->currentMove = MOVE_NULL;
628
629         assert(eval - beta >= 0);
630
631         // Null move dynamic reduction based on depth and value
632         Depth R =  3 * ONE_PLY
633                  + depth / 4
634                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
635
636         pos.do_null_move(st);
637         (ss+1)->skipNullMove = true;
638         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
639                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
640         (ss+1)->skipNullMove = false;
641         pos.undo_null_move();
642
643         if (nullValue >= beta) // Do not return unproven mate scores
644             return nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY ? beta : nullValue;
645     }
646
647     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
648     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
649     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
650     // prune the previous move.
651     if (   !PvNode
652         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
653         && !ss->skipNullMove
654         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
655     {
656         Value rbeta = beta + 200;
657         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
658
659         assert(rdepth >= ONE_PLY);
660         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
661         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
662
663         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
664         CheckInfo ci(pos);
665
666         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
667             if (pos.legal(move, ci.pinned))
668             {
669                 ss->currentMove = move;
670                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
671                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
672                 pos.undo_move(move);
673                 if (value >= rbeta)
674                     return value;
675             }
676     }
677
678     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
679     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
680         && ttMove == MOVE_NONE
681         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
682     {
683         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
684
685         ss->skipNullMove = true;
686         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
687         ss->skipNullMove = false;
688
689         tte = TT.probe(posKey);
690         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
691     }
692
693 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
694
695     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
696     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
697                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
698
699     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
700     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
701                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
702
703     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
704     CheckInfo ci(pos);
705     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
706     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
707                || ss->staticEval == VALUE_NONE
708                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
709
710     singularExtensionNode =   !RootNode
711                            && !SpNode
712                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
713                            &&  ttMove != MOVE_NONE
714                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
715                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
716                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
717
718     // Step 11. Loop through moves
719     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
720     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
721     {
722       assert(is_ok(move));
723
724       if (move == excludedMove)
725           continue;
726
727       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
728       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
729       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
730       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
731           continue;
732
733       if (SpNode)
734       {
735           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
736           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
737               continue;
738
739           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
740           splitPoint->mutex.unlock();
741       }
742       else
743           ++moveCount;
744
745       if (RootNode)
746       {
747           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
748
749           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
750               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
751                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
752                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
753       }
754
755       ext = DEPTH_ZERO;
756       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
757       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
758       dangerous =   givesCheck
759                  || type_of(move) != NORMAL
760                  || pos.advanced_pawn_push(move);
761
762       // Step 12. Extend checks
763       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
764           ext = ONE_PLY;
765
766       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
767       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
768       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
769       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
770       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
771       if (    singularExtensionNode
772           &&  move == ttMove
773           && !ext
774           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
775           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
776       {
777           assert(ttValue != VALUE_NONE);
778
779           Value rBeta = ttValue - int(depth);
780           ss->excludedMove = move;
781           ss->skipNullMove = true;
782           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
783           ss->skipNullMove = false;
784           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
785
786           if (value < rBeta)
787               ext = ONE_PLY;
788       }
789
790       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
791       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
792
793       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
794       if (   !PvNode
795           && !captureOrPromotion
796           && !inCheck
797           && !dangerous
798        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
799           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
800       {
801           // Move count based pruning
802           if (   depth < 16 * ONE_PLY
803               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
804           {
805               if (SpNode)
806                   splitPoint->mutex.lock();
807
808               continue;
809           }
810
811           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
812
813           // Futility pruning: parent node
814           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
815           {
816               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
817                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
818
819               if (futilityValue <= alpha)
820               {
821                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
822
823                   if (SpNode)
824                   {
825                       splitPoint->mutex.lock();
826                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
827                           splitPoint->bestValue = bestValue;
828                   }
829                   continue;
830               }
831           }
832
833           // Prune moves with negative SEE at low depths
834           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
835           {
836               if (SpNode)
837                   splitPoint->mutex.lock();
838
839               continue;
840           }
841       }
842
843       // Check for legality just before making the move
844       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
845       {
846           moveCount--;
847           continue;
848       }
849
850       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
851       ss->currentMove = move;
852       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
853           quietsSearched[quietCount++] = move;
854
855       // Step 14. Make the move
856       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
857
858       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
859       // re-searched at full depth.
860       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
861           && !pvMove
862           && !captureOrPromotion
863           &&  move != ttMove
864           &&  move != ss->killers[0]
865           &&  move != ss->killers[1])
866       {
867           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
868
869           if (!PvNode && cutNode)
870               ss->reduction += ONE_PLY;
871
872           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
873               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
874
875           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
876               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
877
878           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
879           if (SpNode)
880               alpha = splitPoint->alpha;
881
882           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
883
884           // Research at intermediate depth if reduction is very high
885           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
886           {
887               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
888               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
889           }
890
891           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
892           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
893       }
894       else
895           doFullDepthSearch = !pvMove;
896
897       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
898       if (doFullDepthSearch)
899       {
900           if (SpNode)
901               alpha = splitPoint->alpha;
902
903           value = newDepth < ONE_PLY ?
904                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
905                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
906                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
907       }
908
909       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
910       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
911       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
912       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
913           value = newDepth < ONE_PLY ?
914                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
915                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
916                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
917       // Step 17. Undo move
918       pos.undo_move(move);
919
920       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
921
922       // Step 18. Check for new best move
923       if (SpNode)
924       {
925           splitPoint->mutex.lock();
926           bestValue = splitPoint->bestValue;
927           alpha = splitPoint->alpha;
928       }
929
930       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
931       // was aborted because the user interrupted the search or because we
932       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
933       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
934       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
935           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
936
937       if (RootNode)
938       {
939           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
940
941           // PV move or new best move ?
942           if (pvMove || value > alpha)
943           {
944               rm.score = value;
945               rm.extract_pv_from_tt(pos);
946
947               // We record how often the best move has been changed in each
948               // iteration. This information is used for time management: When
949               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
950               if (!pvMove)
951                   ++BestMoveChanges;
952           }
953           else
954               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
955               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
956               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
957               rm.score = -VALUE_INFINITE;
958       }
959
960       if (value > bestValue)
961       {
962           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
963
964           if (value > alpha)
965           {
966               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
967
968               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
969                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
970               else
971               {
972                   assert(value >= beta); // Fail high
973
974                   if (SpNode)
975                       splitPoint->cutoff = true;
976
977                   break;
978               }
979           }
980       }
981
982       // Step 19. Check for splitting the search
983       if (   !SpNode
984           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
985           &&  Threads.available_slave(thisThread)
986           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
987       {
988           assert(bestValue < beta);
989
990           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
991                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
992           if (bestValue >= beta)
993               break;
994       }
995     }
996
997     if (SpNode)
998         return bestValue;
999
1000     // Step 20. Check for mate and stalemate
1001     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1002     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1003     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1004     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1005     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1006     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1007     if (!moveCount)
1008         return  excludedMove ? alpha
1009               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1010
1011     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1012     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1013         bestValue = alpha;
1014
1015     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1016              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1017              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1018              depth, bestMove, ss->staticEval);
1019
1020     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1021     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1022         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1023
1024     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1025
1026     return bestValue;
1027   }
1028
1029
1030   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1031   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1032   // less than ONE_PLY).
1033
1034   template <NodeType NT, bool InCheck>
1035   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1036
1037     const bool PvNode = (NT == PV);
1038
1039     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1040     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1041     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1042     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1043     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1044
1045     StateInfo st;
1046     const TTEntry* tte;
1047     Key posKey;
1048     Move ttMove, move, bestMove;
1049     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1050     bool givesCheck, evasionPrunable;
1051     Depth ttDepth;
1052
1053     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1054     if (PvNode)
1055         oldAlpha = alpha;
1056
1057     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1058     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1059
1060     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1061     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1062         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1063
1064     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1065     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1066     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1067     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1068                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1069
1070     // Transposition table lookup
1071     posKey = pos.key();
1072     tte = TT.probe(posKey);
1073     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1074     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1075
1076     if (   tte
1077         && tte->depth() >= ttDepth
1078         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1079         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1080             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1081                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1082     {
1083         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1084         return ttValue;
1085     }
1086
1087     // Evaluate the position statically
1088     if (InCheck)
1089     {
1090         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1091         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1092     }
1093     else
1094     {
1095         if (tte)
1096         {
1097             // Never assume anything on values stored in TT
1098             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1099                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1100
1101             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1102             if (ttValue != VALUE_NONE)
1103                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1104                     bestValue = ttValue;
1105         }
1106         else
1107             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1108
1109         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1110         if (bestValue >= beta)
1111         {
1112             if (!tte)
1113                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1114                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1115
1116             return bestValue;
1117         }
1118
1119         if (PvNode && bestValue > alpha)
1120             alpha = bestValue;
1121
1122         futilityBase = bestValue + Value(128);
1123     }
1124
1125     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1126     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1127     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1128     // be generated.
1129     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1130     CheckInfo ci(pos);
1131
1132     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1133     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1134     {
1135       assert(is_ok(move));
1136
1137       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1138
1139       // Futility pruning
1140       if (   !PvNode
1141           && !InCheck
1142           && !givesCheck
1143           &&  move != ttMove
1144           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1145           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1146       {
1147           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1148
1149           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1150
1151           if (futilityValue < beta)
1152           {
1153               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1154               continue;
1155           }
1156
1157           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1158           {
1159               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1160               continue;
1161           }
1162       }
1163
1164       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1165       evasionPrunable =    InCheck
1166                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1167                        && !pos.capture(move)
1168                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1169
1170       // Don't search moves with negative SEE values
1171       if (   !PvNode
1172           && (!InCheck || evasionPrunable)
1173           &&  move != ttMove
1174           &&  type_of(move) != PROMOTION
1175           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1176           continue;
1177
1178       // Check for legality just before making the move
1179       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1180           continue;
1181
1182       ss->currentMove = move;
1183
1184       // Make and search the move
1185       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1186       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1187                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1188       pos.undo_move(move);
1189
1190       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1191
1192       // Check for new best move
1193       if (value > bestValue)
1194       {
1195           bestValue = value;
1196
1197           if (value > alpha)
1198           {
1199               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1200               {
1201                   alpha = value;
1202                   bestMove = move;
1203               }
1204               else // Fail high
1205               {
1206                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1207                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1208
1209                   return value;
1210               }
1211           }
1212        }
1213     }
1214
1215     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1216     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1217     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1218         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1219
1220     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1221              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1222              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1223
1224     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1225
1226     return bestValue;
1227   }
1228
1229
1230   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1231   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1232   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1233
1234   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1235
1236     assert(v != VALUE_NONE);
1237
1238     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1239           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1240   }
1241
1242
1243   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1244   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1245   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1246
1247   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1248
1249     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1250           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1251           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1252   }
1253
1254
1255   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1256   // of a quiet move.
1257
1258   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1259
1260     if (ss->killers[0] != move)
1261     {
1262         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1263         ss->killers[0] = move;
1264     }
1265
1266     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1267     // played quiet moves.
1268     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1269     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1270     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1271     {
1272         Move m = quiets[i];
1273         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1274     }
1275
1276     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1277     {
1278         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1279         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1280     }
1281
1282     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1283     {
1284         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1285         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1286     }
1287   }
1288
1289
1290   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1291   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1292
1293   Move Skill::pick_move() {
1294
1295     static RKISS rk;
1296
1297     // PRNG sequence should be not deterministic
1298     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1299         rk.rand<unsigned>();
1300
1301     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1302     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1303     int weakness = 120 - 2 * level;
1304     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1305     best = MOVE_NONE;
1306
1307     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1308     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1309     // then we choose the move with the resulting highest score.
1310     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1311     {
1312         int s = RootMoves[i].score;
1313
1314         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1315         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1316             break;
1317
1318         // This is our magic formula
1319         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1320               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1321
1322         if (s > max_s)
1323         {
1324             max_s = s;
1325             best = RootMoves[i].pv[0];
1326         }
1327     }
1328     return best;
1329   }
1330
1331
1332   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1333   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1334   // search score.
1335
1336   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1337
1338     std::stringstream s;
1339     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1340     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1341     int selDepth = 0;
1342
1343     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1344         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1345             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1346
1347     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1348     {
1349         bool updated = (i <= PVIdx);
1350
1351         if (depth == 1 && !updated)
1352             continue;
1353
1354         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1355         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1356
1357         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1358             s << "\n";
1359
1360         s << "info depth " << d
1361           << " seldepth "  << selDepth
1362           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1363           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1364           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1365           << " time "      << elapsed
1366           << " multipv "   << i + 1
1367           << " pv";
1368
1369         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1370             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1371     }
1372
1373     return s.str();
1374   }
1375
1376 } // namespace
1377
1378
1379 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1380 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1381 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1382 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1383
1384 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1385
1386   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1387   const TTEntry* tte;
1388   int ply = 0;
1389   Move m = pv[0];
1390
1391   pv.clear();
1392
1393   do {
1394       pv.push_back(m);
1395
1396       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1397
1398       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1399       tte = TT.probe(pos.key());
1400
1401   } while (   tte
1402            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1403            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1404            && ply < MAX_PLY
1405            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1406
1407   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1408
1409   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1410 }
1411
1412
1413 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1414 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1415 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1416
1417 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1418
1419   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1420   const TTEntry* tte;
1421   int ply = 0;
1422
1423   do {
1424       tte = TT.probe(pos.key());
1425
1426       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1427           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1428
1429       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1430
1431       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1432
1433   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1434
1435   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1436 }
1437
1438
1439 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1440
1441 void Thread::idle_loop() {
1442
1443   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1444   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1445   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1446
1447   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1448
1449   while (true)
1450   {
1451       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1452       // wasting CPU time polling for work.
1453       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1454       {
1455           if (exit)
1456           {
1457               assert(!this_sp);
1458               return;
1459           }
1460
1461           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1462           mutex.lock();
1463
1464           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1465           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1466           {
1467               mutex.unlock();
1468               break;
1469           }
1470
1471           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1472           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1473           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1474           // we had the chance to grab the lock.
1475           if (!searching && !exit)
1476               sleepCondition.wait(mutex);
1477
1478           mutex.unlock();
1479       }
1480
1481       // If this thread has been assigned work, launch a search
1482       if (searching)
1483       {
1484           assert(!exit);
1485
1486           Threads.mutex.lock();
1487
1488           assert(searching);
1489           assert(activeSplitPoint);
1490           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1491
1492           Threads.mutex.unlock();
1493
1494           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1495           Position pos(*sp->pos, this);
1496
1497           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1498           ss->splitPoint = sp;
1499
1500           sp->mutex.lock();
1501
1502           assert(activePosition == NULL);
1503
1504           activePosition = &pos;
1505
1506           switch (sp->nodeType) {
1507           case Root:
1508               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1509               break;
1510           case PV:
1511               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1512               break;
1513           case NonPV:
1514               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1515               break;
1516           default:
1517               assert(false);
1518           }
1519
1520           assert(searching);
1521
1522           searching = false;
1523           activePosition = NULL;
1524           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1525           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1526
1527           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1528           // loop in case we are the last slave of the split point.
1529           if (    Threads.sleepWhileIdle
1530               &&  this != sp->masterThread
1531               && !sp->slavesMask)
1532           {
1533               assert(!sp->masterThread->searching);
1534               sp->masterThread->notify_one();
1535           }
1536
1537           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1538           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1539           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1540           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1541           sp->mutex.unlock();
1542       }
1543
1544       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1545       // their work at this split point, return from the idle loop.
1546       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1547       {
1548           this_sp->mutex.lock();
1549           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1550           this_sp->mutex.unlock();
1551           if (finished)
1552               return;
1553       }
1554   }
1555 }
1556
1557
1558 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1559 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1560 /// available time and thus stop the search.
1561
1562 void check_time() {
1563
1564   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1565   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1566
1567   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1568   {
1569       lastInfoTime = Time::now();
1570       dbg_print();
1571   }
1572
1573   if (Limits.ponder)
1574       return;
1575
1576   if (Limits.nodes)
1577   {
1578       Threads.mutex.lock();
1579
1580       nodes = RootPos.nodes_searched();
1581
1582       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1583       // all the currently active positions nodes.
1584       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1585           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1586           {
1587               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1588
1589               sp.mutex.lock();
1590
1591               nodes += sp.nodes;
1592               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1593               while (sm)
1594               {
1595                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1596                   if (pos)
1597                       nodes += pos->nodes_searched();
1598               }
1599
1600               sp.mutex.unlock();
1601           }
1602
1603       Threads.mutex.unlock();
1604   }
1605
1606   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1607   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1608                          && !Signals.failedLowAtRoot
1609                          && (   elapsed > TimeMgr.available_time()
1610                              || (   elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1611                                  && elapsed > IterationTime * 1.4));
1612
1613   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1614                    || stillAtFirstMove;
1615
1616   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1617       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1618       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1619       Signals.stop = true;
1620 }