Simplify nosleep logic
[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) 2008-2015 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>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   TimePoint SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
75   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   // Skill struct is used to implement strength limiting
82   struct Skill {
83     Skill(int l) : level(l) {}
84     bool enabled() const { return level < 20; }
85     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
86     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
87     Move pick_best(size_t multiPV);
88
89     int level;
90     Move best = MOVE_NONE;
91   };
92
93   struct FastMove {
94     FastMove() { clear(); }
95
96     inline void clear() {
97       expectedPosKey = 0;
98       pv3[0] = pv3[1] = pv3[2] = MOVE_NONE;
99       stableCnt = 0;
100     }
101
102     void update(Position& pos) {
103       // Keep track how many times in a row the PV stays stable 3 ply deep.
104       const std::vector<Move>& RMpv = RootMoves[0].pv;
105       if (RMpv.size() >= 3)
106       {
107           if (pv3[2] == RMpv[2])
108               stableCnt++;
109           else
110               stableCnt = 0, pv3[2] = RMpv[2];
111
112           if (!expectedPosKey || pv3[0] != RMpv[0] || pv3[1] != RMpv[1])
113           {
114               pv3[0] = RMpv[0], pv3[1] = RMpv[1];
115               StateInfo st[2];
116               pos.do_move(RMpv[0], st[0], pos.gives_check(RMpv[0], CheckInfo(pos)));
117               pos.do_move(RMpv[1], st[1], pos.gives_check(RMpv[1], CheckInfo(pos)));
118               expectedPosKey = pos.key();
119               pos.undo_move(RMpv[1]);
120               pos.undo_move(RMpv[0]);
121           }
122       }
123       else
124         clear();
125     }
126
127     Key expectedPosKey;
128     Move pv3[3];
129     int stableCnt;
130   } FM;
131
132   size_t PVIdx;
133   TimeManager TimeMgr;
134   double BestMoveChanges;
135   Value DrawValue[COLOR_NB];
136   HistoryStats History;
137   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
138   GainsStats Gains;
139   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
140
141   template <NodeType NT, bool SpNode>
142   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
143
144   template <NodeType NT, bool InCheck>
145   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
146
147   void id_loop(Position& pos);
148   Value value_to_tt(Value v, int ply);
149   Value value_from_tt(Value v, int ply);
150   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
151   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
152
153 } // namespace
154
155
156 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
157
158 void Search::init() {
159
160   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
161
162   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
163       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
164           for (int d = 1; d < 64; ++d)
165               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
166               {
167                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
168
169                   if (r >= 1.5)
170                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
171
172                   // Increase reduction when eval is not improving
173                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
174                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
175               }
176
177   for (int d = 0; d < 16; ++d)
178   {
179       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
180       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
181   }
182 }
183
184
185 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
186 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
187 template<bool Root>
188 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
189
190   StateInfo st;
191   uint64_t cnt, nodes = 0;
192   CheckInfo ci(pos);
193   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
194
195   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
196   {
197       if (Root && depth <= ONE_PLY)
198           cnt = 1, nodes++;
199       else
200       {
201           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
202           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
203           nodes += cnt;
204           pos.undo_move(m);
205       }
206       if (Root)
207           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
208   }
209   return nodes;
210 }
211
212 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
213
214
215 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
216 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
217 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
218
219 void Search::think() {
220
221   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
222
223   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
224   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
225   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
226
227   TB::Hits = 0;
228   TB::RootInTB = false;
229   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
230   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
231   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
232
233   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
234   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
235   {
236       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
237       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
238   }
239
240   if (RootMoves.empty())
241   {
242       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
243       sync_cout << "info depth 0 score "
244                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
245                 << sync_endl;
246   }
247   else
248   {
249       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
250                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
251       {
252           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
253           // contains only moves that preserve the draw or win.
254           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
255
256           if (TB::RootInTB)
257               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
258
259           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
260           {
261               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
262               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
263
264               // Only probe during search if winning
265               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
266                   TB::Cardinality = 0;
267           }
268
269           if (TB::RootInTB)
270           {
271               TB::Hits = RootMoves.size();
272
273               if (!TB::UseRule50)
274                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
275                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
276                                                       :  VALUE_DRAW;
277           }
278       }
279
280       for (Thread* th : Threads)
281       {
282           th->maxPly = 0;
283           th->notify_one(); // Wake up all the threads
284       }
285
286       Threads.timer->run = true;
287       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
288
289       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
290
291       Threads.timer->run = false;
292   }
293
294   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
295   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
296   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
297   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
298   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
299   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
300   {
301       Signals.stopOnPonderhit = true;
302       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
303   }
304
305   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
306
307   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
308       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
309
310   std::cout << sync_endl;
311 }
312
313
314 namespace {
315
316   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
317   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
318   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
319
320   void id_loop(Position& pos) {
321
322     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
323     Depth depth;
324     Value bestValue, alpha, beta, delta;
325
326     // Init fastMove if the previous search generated a candidate and we now got the predicted position.
327     const Move fastMove = (FM.expectedPosKey == pos.key()) ? FM.pv3[2] : MOVE_NONE;
328     FM.clear();
329
330     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
331
332     depth = DEPTH_ZERO;
333     BestMoveChanges = 0;
334     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
335     beta = VALUE_INFINITE;
336
337     TT.new_search();
338     History.clear();
339     CounterMovesHistory.clear();
340     Gains.clear();
341     Countermoves.clear();
342     Followupmoves.clear();
343
344     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
345     Skill skill(Options["Skill Level"]);
346
347     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
348     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
349     if (skill.enabled())
350         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
351
352     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
353
354     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
355     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
356     {
357         // Age out PV variability metric
358         BestMoveChanges *= 0.5;
359
360         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
361         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
362         for (RootMove& rm : RootMoves)
363             rm.previousScore = rm.score;
364
365         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
366         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
367         {
368             // Reset aspiration window starting size
369             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
370             {
371                 delta = Value(16);
372                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
373                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
374             }
375
376             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
377             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
378             // high/low anymore.
379             while (true)
380             {
381                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
382
383                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
384                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
385                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
386                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
387                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
388                 // search the already searched PV lines are preserved.
389                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
390
391                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
392                 // entries have been overwritten during the search.
393                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
394                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
395
396                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
397                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
398                 // valid, although it refers to previous iteration.
399                 if (Signals.stop)
400                     break;
401
402                 // When failing high/low give some update (without cluttering
403                 // the UI) before a re-search.
404                 if (   multiPV == 1
405                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
406                     && now() - SearchTime > 3000)
407                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
408
409                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
410                 // re-search, otherwise exit the loop.
411                 if (bestValue <= alpha)
412                 {
413                     beta = (alpha + beta) / 2;
414                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
415
416                     Signals.failedLowAtRoot = true;
417                     Signals.stopOnPonderhit = false;
418                 }
419                 else if (bestValue >= beta)
420                 {
421                     alpha = (alpha + beta) / 2;
422                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
423                 }
424                 else
425                     break;
426
427                 delta += delta / 2;
428
429                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
430             }
431
432             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
433             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
434
435             if (Signals.stop)
436                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
437                           << " time " << now() - SearchTime << sync_endl;
438
439             else if (PVIdx + 1 == multiPV || now() - SearchTime > 3000)
440                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
441         }
442
443         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
444         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
445             skill.pick_best(multiPV);
446
447         // Have we found a "mate in x"?
448         if (   Limits.mate
449             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
450             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
451             Signals.stop = true;
452
453         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
454         if (Limits.use_time_management())
455         {
456             if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
457             {
458                 // Take some extra time if the best move has changed
459                 if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
460                     TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
461
462                 // Stop the search if only one legal move is available or all
463                 // of the available time has been used or we matched a fastMove
464                 // from the previous search and just did a fast verification.
465                 if (   RootMoves.size() == 1
466                     || now() - SearchTime > TimeMgr.available_time()
467                     || (   fastMove == RootMoves[0].pv[0]
468                         && BestMoveChanges < 0.03
469                         && 10 * (now() - SearchTime) > TimeMgr.available_time()))
470                 {
471                     // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
472                     // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
473                     if (Limits.ponder)
474                         Signals.stopOnPonderhit = true;
475                     else
476                         Signals.stop = true;
477                 }
478             }
479
480             // Update fast move stats.
481             FM.update(pos);
482         }
483     }
484
485     // Clear any candidate fast move that wasn't completely stable for at least
486     // the 6 final search iterations. (Independent of actual depth and thus TC.)
487     // Time condition prevents consecutive fast moves.
488     if (FM.stableCnt < 6 || now() - SearchTime < TimeMgr.available_time())
489         FM.clear();
490
491     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
492     if (skill.enabled())
493         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
494                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
495   }
496
497
498   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
499   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
500   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
501   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
502   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
503   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
504
505   template <NodeType NT, bool SpNode>
506   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
507
508     const bool RootNode = NT == Root;
509     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
510
511     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
512     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
513     assert(depth > DEPTH_ZERO);
514
515     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
516     StateInfo st;
517     TTEntry* tte;
518     SplitPoint* splitPoint;
519     Key posKey;
520     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
521     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
522     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
523     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
524     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
525     int moveCount, quietCount;
526
527     // Step 1. Initialize node
528     Thread* thisThread = pos.this_thread();
529     inCheck = pos.checkers();
530
531     if (SpNode)
532     {
533         splitPoint = ss->splitPoint;
534         bestMove   = splitPoint->bestMove;
535         bestValue  = splitPoint->bestValue;
536         tte = nullptr;
537         ttHit = false;
538         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
539         ttValue = VALUE_NONE;
540
541         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
542
543         goto moves_loop;
544     }
545
546     moveCount = quietCount = 0;
547     bestValue = -VALUE_INFINITE;
548     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
549
550     // Used to send selDepth info to GUI
551     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
552         thisThread->maxPly = ss->ply;
553
554     if (!RootNode)
555     {
556         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
557         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
558             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
559
560         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
561         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
562         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
563         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
564         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
565         // mate. In this case return a fail-high score.
566         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
567         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
568         if (alpha >= beta)
569             return alpha;
570     }
571
572     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
573
574     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
575     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
576     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
577
578     // Step 4. Transposition table lookup
579     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
580     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
581     excludedMove = ss->excludedMove;
582     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
583     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
584     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
585     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
586
587     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
588     if (  !PvNode
589         && ttHit
590         && tte->depth() >= depth
591         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
592         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
593                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
594     {
595         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
596
597         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
598         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
599             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
600
601         return ttValue;
602     }
603
604     // Step 4a. Tablebase probe
605     if (!RootNode && TB::Cardinality)
606     {
607         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
608
609         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
610             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
611             &&  pos.rule50_count() == 0)
612         {
613             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
614
615             if (found)
616             {
617                 TB::Hits++;
618
619                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
620
621                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
622                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
623                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
624
625                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
626                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
627                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
628
629                 return value;
630             }
631         }
632     }
633
634     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
635     if (inCheck)
636     {
637         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
638         goto moves_loop;
639     }
640
641     else if (ttHit)
642     {
643         // Never assume anything on values stored in TT
644         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
645             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
646
647         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
648         if (ttValue != VALUE_NONE)
649             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
650                 eval = ttValue;
651     }
652     else
653     {
654         eval = ss->staticEval =
655         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
656
657         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
658     }
659
660     if (ss->skipEarlyPruning)
661         goto moves_loop;
662
663     if (   !pos.captured_piece_type()
664         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
665         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
666         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
667         &&  move != MOVE_NONE
668         &&  type_of(move) == NORMAL)
669     {
670         Square to = to_sq(move);
671         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
672     }
673
674     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
675     if (   !PvNode
676         &&  depth < 4 * ONE_PLY
677         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
678         &&  ttMove == MOVE_NONE
679         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
680     {
681         if (   depth <= ONE_PLY
682             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
683             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
684
685         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
686         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
687         if (v <= ralpha)
688             return v;
689     }
690
691     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
692     if (   !RootNode
693         &&  depth < 7 * ONE_PLY
694         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
695         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
696         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
697         return eval - futility_margin(depth);
698
699     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
700     if (   !PvNode
701         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
702         &&  eval >= beta
703         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
704     {
705         ss->currentMove = MOVE_NULL;
706
707         assert(eval - beta >= 0);
708
709         // Null move dynamic reduction based on depth and value
710         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
711
712         pos.do_null_move(st);
713         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
714         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
715                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
716         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
717         pos.undo_null_move();
718
719         if (nullValue >= beta)
720         {
721             // Do not return unproven mate scores
722             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
723                 nullValue = beta;
724
725             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
726                 return nullValue;
727
728             // Do verification search at high depths
729             ss->skipEarlyPruning = true;
730             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
731                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
732             ss->skipEarlyPruning = false;
733
734             if (v >= beta)
735                 return nullValue;
736         }
737     }
738
739     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
740     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
741     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
742     // prune the previous move.
743     if (   !PvNode
744         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
745         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
746     {
747         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
748         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
749
750         assert(rdepth >= ONE_PLY);
751         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
752         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
753
754         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, pos.captured_piece_type());
755         CheckInfo ci(pos);
756
757         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
758             if (pos.legal(move, ci.pinned))
759             {
760                 ss->currentMove = move;
761                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
762                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
763                 pos.undo_move(move);
764                 if (value >= rbeta)
765                     return value;
766             }
767     }
768
769     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
770     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
771         && !ttMove
772         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
773     {
774         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
775         ss->skipEarlyPruning = true;
776         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
777         ss->skipEarlyPruning = false;
778
779         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
780         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
781     }
782
783 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
784
785     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
786     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
787                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
788
789     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
790     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
791                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
792
793     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermoves, followupmoves, ss);
794     CheckInfo ci(pos);
795     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
796     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
797                || ss->staticEval == VALUE_NONE
798                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
799
800     singularExtensionNode =   !RootNode
801                            && !SpNode
802                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
803                            &&  ttMove != MOVE_NONE
804                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
805                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
806                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
807                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
808                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
809
810     // Step 11. Loop through moves
811     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
812     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
813     {
814       assert(is_ok(move));
815
816       if (move == excludedMove)
817           continue;
818
819       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
820       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
821       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
822       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
823           continue;
824
825       if (SpNode)
826       {
827           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
828           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
829               continue;
830
831           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
832           splitPoint->spinlock.release();
833       }
834       else
835           ++moveCount;
836
837       if (RootNode)
838       {
839           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
840
841           if (thisThread == Threads.main() && now() - SearchTime > 3000)
842               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
843                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
844                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
845       }
846
847       if (PvNode)
848           (ss+1)->pv = nullptr;
849
850       extension = DEPTH_ZERO;
851       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
852
853       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
854                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
855                   : pos.gives_check(move, ci);
856
857       dangerous =   givesCheck
858                  || type_of(move) != NORMAL
859                  || pos.advanced_pawn_push(move);
860
861       // Step 12. Extend checks
862       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
863           extension = ONE_PLY;
864
865       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
866       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
867       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
868       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
869       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
870       if (    singularExtensionNode
871           &&  move == ttMove
872           && !extension
873           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
874       {
875           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
876           ss->excludedMove = move;
877           ss->skipEarlyPruning = true;
878           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
879           ss->skipEarlyPruning = false;
880           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
881
882           if (value < rBeta)
883               extension = ONE_PLY;
884       }
885
886       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
887       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
888
889       // Step 13. Pruning at shallow depth
890       if (   !RootNode
891           && !captureOrPromotion
892           && !inCheck
893           && !dangerous
894           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
895       {
896           // Move count based pruning
897           if (   depth < 16 * ONE_PLY
898               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
899           {
900               if (SpNode)
901                   splitPoint->spinlock.acquire();
902
903               continue;
904           }
905
906           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
907
908           // Futility pruning: parent node
909           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
910           {
911               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
912                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
913
914               if (futilityValue <= alpha)
915               {
916                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
917
918                   if (SpNode)
919                   {
920                       splitPoint->spinlock.acquire();
921                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
922                           splitPoint->bestValue = bestValue;
923                   }
924                   continue;
925               }
926           }
927
928           // Prune moves with negative SEE at low depths
929           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
930           {
931               if (SpNode)
932                   splitPoint->spinlock.acquire();
933
934               continue;
935           }
936       }
937
938       // Speculative prefetch as early as possible
939       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
940
941       // Check for legality just before making the move
942       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
943       {
944           moveCount--;
945           continue;
946       }
947
948       ss->currentMove = move;
949       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
950           quietsSearched[quietCount++] = move;
951
952       // Step 14. Make the move
953       pos.do_move(move, st, givesCheck);
954
955       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
956       // re-searched at full depth.
957       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
958           &&  moveCount > 1
959           && !captureOrPromotion
960           &&  move != ss->killers[0]
961           &&  move != ss->killers[1])
962       {
963           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
964
965           if (   (!PvNode && cutNode)
966               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
967               ss->reduction += ONE_PLY;
968
969           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
970               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
971
972           // Decrease reduction for moves that escape a capture
973           if (   ss->reduction
974               && type_of(move) == NORMAL
975               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
976               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
977               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
978
979           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
980           if (SpNode)
981               alpha = splitPoint->alpha;
982
983           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
984
985           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
986           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
987           {
988               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
989               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
990           }
991
992           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
993           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
994       }
995       else
996           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
997
998       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
999       if (doFullDepthSearch)
1000       {
1001           if (SpNode)
1002               alpha = splitPoint->alpha;
1003
1004           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1005                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1006                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1007                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1008       }
1009
1010       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1011       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1012       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1013       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1014       {
1015           (ss+1)->pv = pv;
1016           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1017
1018           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1019                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1020                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1021                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1022       }
1023
1024       // Step 17. Undo move
1025       pos.undo_move(move);
1026
1027       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1028
1029       // Step 18. Check for new best move
1030       if (SpNode)
1031       {
1032           splitPoint->spinlock.acquire();
1033           bestValue = splitPoint->bestValue;
1034           alpha = splitPoint->alpha;
1035       }
1036
1037       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
1038       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
1039       // updating best move, PV and TT.
1040       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1041           return VALUE_ZERO;
1042
1043       if (RootNode)
1044       {
1045           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1046
1047           // PV move or new best move ?
1048           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1049           {
1050               rm.score = value;
1051               rm.pv.resize(1);
1052
1053               assert((ss+1)->pv);
1054
1055               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1056                   rm.pv.push_back(*m);
1057
1058               // We record how often the best move has been changed in each
1059               // iteration. This information is used for time management: When
1060               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1061               if (moveCount > 1)
1062                   ++BestMoveChanges;
1063           }
1064           else
1065               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1066               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1067               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1068               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1069       }
1070
1071       if (value > bestValue)
1072       {
1073           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1074
1075           if (value > alpha)
1076           {
1077               // Clear fast move if unstable.
1078               if (PvNode && pos.key() == FM.expectedPosKey && (move != FM.pv3[2] || moveCount > 1))
1079                   FM.clear();
1080
1081               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1082
1083               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1084                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1085
1086               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1087                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1088               else
1089               {
1090                   assert(value >= beta); // Fail high
1091
1092                   if (SpNode)
1093                       splitPoint->cutoff = true;
1094
1095                   break;
1096               }
1097           }
1098       }
1099
1100       // Step 19. Check for splitting the search
1101       if (   !SpNode
1102           &&  Threads.size() >= 2
1103           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1104           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1105                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1106                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1107                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1108           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1109       {
1110           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1111
1112           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1113                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1114
1115           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1116               return VALUE_ZERO;
1117
1118           if (bestValue >= beta)
1119               break;
1120       }
1121     }
1122
1123     if (SpNode)
1124         return bestValue;
1125
1126     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1127     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1128     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1129     /*
1130        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1131         return VALUE_DRAW;
1132     */
1133
1134     // Step 20. Check for mate and stalemate
1135     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1136     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1137     // return a fail low score.
1138     if (!moveCount)
1139         bestValue = excludedMove ? alpha
1140                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1141
1142     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1143     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1144         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1145
1146     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1147               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1148               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1149               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1150
1151     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1152
1153     return bestValue;
1154   }
1155
1156
1157   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1158   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1159   // less than ONE_PLY).
1160
1161   template <NodeType NT, bool InCheck>
1162   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1163
1164     const bool PvNode = NT == PV;
1165
1166     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1167     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1168     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1169     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1170     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1171
1172     Move pv[MAX_PLY+1];
1173     StateInfo st;
1174     TTEntry* tte;
1175     Key posKey;
1176     Move ttMove, move, bestMove;
1177     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1178     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1179     Depth ttDepth;
1180
1181     if (PvNode)
1182     {
1183         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1184         (ss+1)->pv = pv;
1185         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1186     }
1187
1188     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1189     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1190
1191     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1192     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1193         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1194
1195     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1196
1197     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1198     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1199     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1200     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1201                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1202
1203     // Transposition table lookup
1204     posKey = pos.key();
1205     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1206     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1207     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1208
1209     if (  !PvNode
1210         && ttHit
1211         && tte->depth() >= ttDepth
1212         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1213         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1214                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1215     {
1216         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1217         return ttValue;
1218     }
1219
1220     // Evaluate the position statically
1221     if (InCheck)
1222     {
1223         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1224         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1225     }
1226     else
1227     {
1228         if (ttHit)
1229         {
1230             // Never assume anything on values stored in TT
1231             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1232                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1233
1234             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1235             if (ttValue != VALUE_NONE)
1236                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1237                     bestValue = ttValue;
1238         }
1239         else
1240             ss->staticEval = bestValue =
1241             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1242
1243         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1244         if (bestValue >= beta)
1245         {
1246             if (!ttHit)
1247                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1248                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1249
1250             return bestValue;
1251         }
1252
1253         if (PvNode && bestValue > alpha)
1254             alpha = bestValue;
1255
1256         futilityBase = bestValue + 128;
1257     }
1258
1259     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1260     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1261     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1262     // be generated.
1263     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1264     CheckInfo ci(pos);
1265
1266     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1267     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1268     {
1269       assert(is_ok(move));
1270
1271       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1272                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1273                   : pos.gives_check(move, ci);
1274
1275       // Futility pruning
1276       if (   !InCheck
1277           && !givesCheck
1278           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1279           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1280       {
1281           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1282
1283           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1284
1285           if (futilityValue <= alpha)
1286           {
1287               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1288               continue;
1289           }
1290
1291           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1292           {
1293               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1294               continue;
1295           }
1296       }
1297
1298       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1299       evasionPrunable =    InCheck
1300                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1301                        && !pos.capture(move)
1302                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1303
1304       // Don't search moves with negative SEE values
1305       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1306           &&  type_of(move) != PROMOTION
1307           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1308           continue;
1309
1310       // Speculative prefetch as early as possible
1311       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1312
1313       // Check for legality just before making the move
1314       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1315           continue;
1316
1317       ss->currentMove = move;
1318
1319       // Make and search the move
1320       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1321       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1322                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1323       pos.undo_move(move);
1324
1325       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1326
1327       // Check for new best move
1328       if (value > bestValue)
1329       {
1330           bestValue = value;
1331
1332           if (value > alpha)
1333           {
1334               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1335                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1336
1337               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1338               {
1339                   alpha = value;
1340                   bestMove = move;
1341               }
1342               else // Fail high
1343               {
1344                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1345                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347                   return value;
1348               }
1349           }
1350        }
1351     }
1352
1353     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1354     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1355     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1356         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1357
1358     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1359               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1360               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1361
1362     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1363
1364     return bestValue;
1365   }
1366
1367
1368   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1369   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1370   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1371
1372   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1373
1374     assert(v != VALUE_NONE);
1375
1376     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1377           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1378   }
1379
1380
1381   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1382   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1383   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1384
1385   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1386
1387     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1388           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1389           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1390   }
1391
1392
1393   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1394
1395   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1396
1397     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1398         *pv++ = *childPv++;
1399     *pv = MOVE_NONE;
1400   }
1401
1402   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves
1403   // stats after a fail-high of a quiet move.
1404
1405   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1406
1407     if (ss->killers[0] != move)
1408     {
1409         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1410         ss->killers[0] = move;
1411     }
1412
1413     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1414
1415     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1416     HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1417
1418     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1419
1420     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1421     {
1422         Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1423         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424     }
1425
1426     // Decrease all the other played quiet moves
1427     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1428     {
1429         History.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1430
1431         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1432             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433     }
1434
1435     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1436     {
1437         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1438         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevPrevSq), prevPrevSq, move);
1439     }
1440   }
1441
1442
1443   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1444   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1445
1446   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1447
1448     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1449     static PRNG rng(now());
1450
1451     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1452     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1453     int weakness = 120 - 2 * level;
1454     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1455
1456     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1457     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1458     // then we choose the move with the resulting highest score.
1459     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1460     {
1461         // This is our magic formula
1462         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1463                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1464
1465         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1466         {
1467             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1468             best = RootMoves[i].pv[0];
1469         }
1470     }
1471     return best;
1472   }
1473
1474 } // namespace
1475
1476
1477 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1478 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1479
1480 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1481
1482   std::stringstream ss;
1483   TimePoint elapsed = now() - SearchTime + 1;
1484   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1485   int selDepth = 0;
1486
1487   for (Thread* th : Threads)
1488       if (th->maxPly > selDepth)
1489           selDepth = th->maxPly;
1490
1491   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1492   {
1493       bool updated = (i <= PVIdx);
1494
1495       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1496           continue;
1497
1498       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1499       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1500
1501       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1502       v = tb ? TB::Score : v;
1503
1504       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1505           ss << "\n";
1506
1507       ss << "info"
1508          << " depth "    << d / ONE_PLY
1509          << " seldepth " << selDepth
1510          << " multipv "  << i + 1
1511          << " score "    << UCI::value(v);
1512
1513       if (!tb && i == PVIdx)
1514           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1515
1516       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1517          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1518
1519       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1520           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1521
1522       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1523          << " time "     << elapsed
1524          << " pv";
1525
1526       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1527           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1528   }
1529
1530   return ss.str();
1531 }
1532
1533
1534 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1535 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1536 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1537
1538 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1539
1540   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1541   bool ttHit;
1542
1543   for (Move m : pv)
1544   {
1545       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1546
1547       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1548
1549       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1550           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1551
1552       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1553   }
1554
1555   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1556       pos.undo_move(pv[--i]);
1557 }
1558
1559
1560 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1561 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1562 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1563 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1564
1565 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1566 {
1567     StateInfo st;
1568     bool ttHit;
1569
1570     assert(pv.size() == 1);
1571
1572     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1573     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1574     pos.undo_move(pv[0]);
1575
1576     if (ttHit)
1577     {
1578         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1579         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1580            return pv.push_back(m), true;
1581     }
1582
1583     return false;
1584 }
1585
1586
1587 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1588
1589 void Thread::idle_loop() {
1590
1591   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1592   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1593   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1594
1595   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1596
1597   while (!exit && !(this_sp && this_sp->slavesMask.none()))
1598   {
1599       // If this thread has been assigned work, launch a search
1600       while (searching)
1601       {
1602           spinlock.acquire();
1603
1604           assert(activeSplitPoint);
1605           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1606
1607           spinlock.release();
1608
1609           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1610           Position pos(*sp->pos, this);
1611
1612           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1613           ss->splitPoint = sp;
1614
1615           sp->spinlock.acquire();
1616
1617           assert(activePosition == nullptr);
1618
1619           activePosition = &pos;
1620
1621           if (sp->nodeType == NonPV)
1622               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1623
1624           else if (sp->nodeType == PV)
1625               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1626
1627           else if (sp->nodeType == Root)
1628               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1629
1630           else
1631               assert(false);
1632
1633           assert(searching);
1634
1635           searching = false;
1636           activePosition = nullptr;
1637           sp->slavesMask.reset(idx);
1638           sp->allSlavesSearching = false;
1639           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1640
1641           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1642           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1643           // the sp master.
1644           sp->spinlock.release();
1645
1646           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1647           // already finished.
1648           SplitPoint* bestSp = NULL;
1649           int minLevel = INT_MAX;
1650
1651           for (Thread* th : Threads)
1652           {
1653               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1654               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1655
1656               if (   sp
1657                   && sp->allSlavesSearching
1658                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1659                   && can_join(sp))
1660               {
1661                   assert(this != th);
1662                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1663                   assert(Threads.size() > 2);
1664
1665                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1666                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1667                   int level = 0;
1668                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1669                       level++;
1670
1671                   if (level < minLevel)
1672                   {
1673                       bestSp = sp;
1674                       minLevel = level;
1675                   }
1676               }
1677           }
1678
1679           if (bestSp)
1680           {
1681               sp = bestSp;
1682
1683               // Recheck the conditions under lock protection
1684               sp->spinlock.acquire();
1685
1686               if (   sp->allSlavesSearching
1687                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1688               {
1689                   spinlock.acquire();
1690
1691                   if (can_join(sp))
1692                   {
1693                       sp->slavesMask.set(idx);
1694                       activeSplitPoint = sp;
1695                       searching = true;
1696                   }
1697
1698                   spinlock.release();
1699               }
1700
1701               sp->spinlock.release();
1702           }
1703       }
1704
1705       // If search is finished then sleep, otherwise just yield
1706       if (!Threads.main()->thinking)
1707       {
1708           assert(!this_sp);
1709
1710           std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1711           while (!exit && !Threads.main()->thinking)
1712               sleepCondition.wait(lk);
1713       }
1714       else
1715           std::this_thread::yield(); // Wait for a new job or for our slaves to finish
1716   }
1717 }
1718
1719
1720 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1721 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1722 /// available time and thus stop the search.
1723
1724 void check_time() {
1725
1726   static TimePoint lastInfoTime = now();
1727   TimePoint elapsed = now() - SearchTime;
1728
1729   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1730   {
1731       lastInfoTime = now();
1732       dbg_print();
1733   }
1734
1735   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1736   if (Limits.ponder)
1737       return;
1738
1739   if (Limits.use_time_management())
1740   {
1741       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1742                              && !Signals.failedLowAtRoot
1743                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1744
1745       if (   stillAtFirstMove
1746           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1747           Signals.stop = true;
1748   }
1749   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1750       Signals.stop = true;
1751
1752   else if (Limits.nodes)
1753   {
1754       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1755
1756       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1757       // all the currently active positions nodes.
1758       // FIXME: Racy...
1759       for (Thread* th : Threads)
1760           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1761           {
1762               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1763
1764               sp.spinlock.acquire();
1765
1766               nodes += sp.nodes;
1767
1768               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1769                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1770                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1771
1772               sp.spinlock.release();
1773           }
1774
1775       if (nodes >= Limits.nodes)
1776           Signals.stop = true;
1777   }
1778 }