]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Retire grain size code
[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;
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   CountermovesStats Countermoves;
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
308     PVSize = Options["MultiPV"];
309     Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
312     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
314         PVSize = 4;
315
316     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
317
318     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
319     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
320     {
321         // Age out PV variability metric
322         BestMoveChanges *= 0.8;
323
324         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
325         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
327             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
328
329         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
330         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
331         {
332             // Reset aspiration window starting size
333             if (depth >= 5)
334             {
335                 delta = Value(16);
336                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
337                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
338             }
339
340             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
341             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
342             // high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
346
347                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
348                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
349                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
350                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
351                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
352                 // search the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
362                 // valid, although it refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before a re-search.
368                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
369                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
370                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371
372                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
373                 // re-search, otherwise exit the loop.
374                 if (bestValue <= alpha)
375                 {
376                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
377
378                     Signals.failedLowAtRoot = true;
379                     Signals.stopOnPonderhit = false;
380                 }
381                 else if (bestValue >= beta)
382                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
383
384                 else
385                     break;
386
387                 delta += delta / 2;
388
389                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
390             }
391
392             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
393             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
394
395             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
396                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
397         }
398
399         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
400         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
401             skill.pick_move();
402
403         if (Options["Write Search Log"])
404         {
405             RootMove& rm = RootMoves[0];
406             if (skill.best != MOVE_NONE)
407                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
408
409             Log log(Options["Search Log Filename"]);
410             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
411                 << std::endl;
412         }
413
414         // Have we found a "mate in x"?
415         if (   Limits.mate
416             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
417             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
418             Signals.stop = true;
419
420         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
421         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
422         {
423             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
424
425             // Take some extra time if the best move has changed
426             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
427                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
428
429             // Stop the search if most of the available time has been used. We
430             // probably don't have enough time to search the first move at the
431             // next iteration anyway.
432             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
433                 stop = true;
434
435             // Stop the search early if one move seems to be much better than others
436             if (    depth >= 12
437                 &&  BestMoveChanges <= DBL_EPSILON
438                 && !stop
439                 &&  PVSize == 1
440                 &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
441                 && (   RootMoves.size() == 1
442                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 20) / 100))
443             {
444                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
445                 ss->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
446                 ss->skipNullMove = true;
447                 Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY, true);
448                 ss->skipNullMove = false;
449                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
450
451                 if (v < rBeta)
452                     stop = true;
453             }
454
455             if (stop)
456             {
457                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                 if (Limits.ponder)
460                     Signals.stopOnPonderhit = true;
461                 else
462                     Signals.stop = true;
463             }
464         }
465     }
466   }
467
468
469   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
470   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
471   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
472   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
473   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
474   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
475
476   template <NodeType NT>
477   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
478
479     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
480     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
481     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
482
483     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
484     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
485     assert(depth > DEPTH_ZERO);
486
487     Move quietsSearched[64];
488     StateInfo st;
489     const TTEntry *tte;
490     SplitPoint* splitPoint;
491     Key posKey;
492     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
493     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
494     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
495     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
496     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
497     int moveCount, quietCount;
498
499     // Step 1. Initialize node
500     Thread* thisThread = pos.this_thread();
501     inCheck = pos.checkers();
502
503     if (SpNode)
504     {
505         splitPoint = ss->splitPoint;
506         bestMove   = splitPoint->bestMove;
507         bestValue  = splitPoint->bestValue;
508         tte = NULL;
509         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
510         ttValue = VALUE_NONE;
511
512         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
513
514         goto moves_loop;
515     }
516
517     moveCount = quietCount = 0;
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
520     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
521     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
522     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
523
524     // Used to send selDepth info to GUI
525     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
526         thisThread->maxPly = ss->ply;
527
528     if (!RootNode)
529     {
530         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
531         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
532             return DrawValue[pos.side_to_move()];
533
534         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
535         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
536         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
537         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
538         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
539         // mate. In this case return a fail-high score.
540         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
541         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
542         if (alpha >= beta)
543             return alpha;
544     }
545
546     // Step 4. Transposition table lookup
547     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
548     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
549     excludedMove = ss->excludedMove;
550     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
551     tte = TT.probe(posKey);
552     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
553     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
554
555     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
556     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
557     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
558     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
559     if (   !RootNode
560         && tte
561         && tte->depth() >= depth
562         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
563         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
564             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
565                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
566     {
567         TT.refresh(tte);
568         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
569
570         // If ttMove is quiet, update killers, history, and counter move on TT hit
571         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
572             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
573
574         return ttValue;
575     }
576
577     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
578     if (inCheck)
579     {
580         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
581         goto moves_loop;
582     }
583
584     else if (tte)
585     {
586         // Never assume anything on values stored in TT
587         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
588             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
589
590         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
591         if (ttValue != VALUE_NONE)
592             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
593                 eval = ttValue;
594     }
595     else
596     {
597         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
598         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
599     }
600
601     if (   !pos.captured_piece_type()
602         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
603         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
604         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
605         &&  type_of(move) == NORMAL)
606     {
607         Square to = to_sq(move);
608         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
609     }
610
611     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
612     if (   !PvNode
613         &&  depth < 4 * ONE_PLY
614         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
615         &&  ttMove == MOVE_NONE
616         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
617         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
618     {
619         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
620         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
621         if (v < rbeta)
622             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
623             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
624             return v;
625     }
626
627     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
628     if (   !PvNode
629         && !ss->skipNullMove
630         &&  depth < 7 * ONE_PLY
631         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
632         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
633         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
634         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
635         return eval - futility_margin(depth);
636
637     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
638     if (   !PvNode
639         && !ss->skipNullMove
640         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
641         &&  eval >= beta
642         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
643         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
644     {
645         ss->currentMove = MOVE_NULL;
646
647         // Null move dynamic reduction based on depth
648         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
649
650         // Null move dynamic reduction based on value
651         if (eval - PawnValueMg > beta)
652             R += ONE_PLY;
653
654         pos.do_null_move(st);
655         (ss+1)->skipNullMove = true;
656         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
657                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
658         (ss+1)->skipNullMove = false;
659         pos.undo_null_move();
660
661         if (nullValue >= beta)
662         {
663             // Do not return unproven mate scores
664             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
665                 nullValue = beta;
666
667             if (depth < 12 * ONE_PLY)
668                 return nullValue;
669
670             // Do verification search at high depths
671             ss->skipNullMove = true;
672             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
673             ss->skipNullMove = false;
674
675             if (v >= beta)
676                 return nullValue;
677         }
678     }
679
680     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
681     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
682     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
683     // prune the previous move.
684     if (   !PvNode
685         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
686         && !ss->skipNullMove
687         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
688     {
689         Value rbeta = beta + 200;
690         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
691
692         assert(rdepth >= ONE_PLY);
693         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
694         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
695
696         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
697         CheckInfo ci(pos);
698
699         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
700             if (pos.legal(move, ci.pinned))
701             {
702                 ss->currentMove = move;
703                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
704                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
705                 pos.undo_move(move);
706                 if (value >= rbeta)
707                     return value;
708             }
709     }
710
711     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
712     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
713         && ttMove == MOVE_NONE
714         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
715     {
716         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
717
718         ss->skipNullMove = true;
719         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
720         ss->skipNullMove = false;
721
722         tte = TT.probe(posKey);
723         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
724     }
725
726 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
727
728     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
729     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
730                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
731
732     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, ss);
733     CheckInfo ci(pos);
734     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
735     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
736                || ss->staticEval == VALUE_NONE
737                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
738
739     singularExtensionNode =   !RootNode
740                            && !SpNode
741                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
742                            &&  ttMove != MOVE_NONE
743                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
744                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
745                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
746
747     // Step 11. Loop through moves
748     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
749     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
750     {
751       assert(is_ok(move));
752
753       if (move == excludedMove)
754           continue;
755
756       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
757       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
758       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
759       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
760           continue;
761
762       if (SpNode)
763       {
764           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
765           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
766               continue;
767
768           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
769           splitPoint->mutex.unlock();
770       }
771       else
772           ++moveCount;
773
774       if (RootNode)
775       {
776           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
777
778           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
779               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
780                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
781                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
782       }
783
784       ext = DEPTH_ZERO;
785       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
786       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
787       dangerous =   givesCheck
788                  || type_of(move) != NORMAL
789                  || pos.advanced_pawn_push(move);
790
791       // Step 12. Extend checks
792       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
793           ext = ONE_PLY;
794
795       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
796       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
797       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
798       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
799       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
800       if (    singularExtensionNode
801           &&  move == ttMove
802           && !ext
803           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
804           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
805       {
806           assert(ttValue != VALUE_NONE);
807
808           Value rBeta = ttValue - int(depth);
809           ss->excludedMove = move;
810           ss->skipNullMove = true;
811           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
812           ss->skipNullMove = false;
813           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
814
815           if (value < rBeta)
816               ext = ONE_PLY;
817       }
818
819       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
820       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
821
822       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
823       if (   !PvNode
824           && !captureOrPromotion
825           && !inCheck
826           && !dangerous
827        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
828           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
829       {
830           // Move count based pruning
831           if (   depth < 16 * ONE_PLY
832               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
833           {
834               if (SpNode)
835                   splitPoint->mutex.lock();
836
837               continue;
838           }
839
840           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
841
842           // Futility pruning: parent node
843           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
844           {
845               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
846                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
847
848               if (futilityValue <= alpha)
849               {
850                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
851
852                   if (SpNode)
853                   {
854                       splitPoint->mutex.lock();
855                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
856                           splitPoint->bestValue = bestValue;
857                   }
858                   continue;
859               }
860           }
861
862           // Prune moves with negative SEE at low depths
863           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
864           {
865               if (SpNode)
866                   splitPoint->mutex.lock();
867
868               continue;
869           }
870       }
871
872       // Check for legality just before making the move
873       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
874       {
875           moveCount--;
876           continue;
877       }
878
879       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
880       ss->currentMove = move;
881       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
882           quietsSearched[quietCount++] = move;
883
884       // Step 14. Make the move
885       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
886
887       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
888       // re-searched at full depth.
889       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
890           && !pvMove
891           && !captureOrPromotion
892           &&  move != ttMove
893           &&  move != ss->killers[0]
894           &&  move != ss->killers[1])
895       {
896           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
897
898           if (!PvNode && cutNode)
899               ss->reduction += ONE_PLY;
900
901           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
902               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
903
904           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
905               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
906
907           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
908           if (SpNode)
909               alpha = splitPoint->alpha;
910
911           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
912
913           // Research at intermediate depth if reduction is very high
914           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
915           {
916               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
917               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
918           }
919
920           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
921           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
922       }
923       else
924           doFullDepthSearch = !pvMove;
925
926       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
927       if (doFullDepthSearch)
928       {
929           if (SpNode)
930               alpha = splitPoint->alpha;
931
932           value = newDepth < ONE_PLY ?
933                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
934                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
935                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
936       }
937
938       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
939       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
940       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
941       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
942           value = newDepth < ONE_PLY ?
943                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
944                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
946       // Step 17. Undo move
947       pos.undo_move(move);
948
949       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
950
951       // Step 18. Check for new best move
952       if (SpNode)
953       {
954           splitPoint->mutex.lock();
955           bestValue = splitPoint->bestValue;
956           alpha = splitPoint->alpha;
957       }
958
959       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
960       // was aborted because the user interrupted the search or because we
961       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
962       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
963       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
964           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
965
966       if (RootNode)
967       {
968           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
969
970           // PV move or new best move ?
971           if (pvMove || value > alpha)
972           {
973               rm.score = value;
974               rm.extract_pv_from_tt(pos);
975
976               // We record how often the best move has been changed in each
977               // iteration. This information is used for time management: When
978               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
979               if (!pvMove)
980                   ++BestMoveChanges;
981           }
982           else
983               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
984               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
985               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
986               rm.score = -VALUE_INFINITE;
987       }
988
989       if (value > bestValue)
990       {
991           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
992
993           if (value > alpha)
994           {
995               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
996
997               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
998                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
999               else
1000               {
1001                   assert(value >= beta); // Fail high
1002
1003                   if (SpNode)
1004                       splitPoint->cutoff = true;
1005
1006                   break;
1007               }
1008           }
1009       }
1010
1011       // Step 19. Check for splitting the search
1012       if (   !SpNode
1013           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1014           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1015           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1016       {
1017           assert(bestValue < beta);
1018
1019           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1020                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1021           if (bestValue >= beta)
1022               break;
1023       }
1024     }
1025
1026     if (SpNode)
1027         return bestValue;
1028
1029     // Step 20. Check for mate and stalemate
1030     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1031     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1032     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1033     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1034     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1035     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1036     if (!moveCount)
1037         return  excludedMove ? alpha
1038               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1039
1040     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1041     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1042         bestValue = alpha;
1043
1044     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1045              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1046              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1047              depth, bestMove, ss->staticEval);
1048
1049     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1050     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1051         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1052
1053     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1054
1055     return bestValue;
1056   }
1057
1058
1059   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1060   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1061   // less than ONE_PLY).
1062
1063   template <NodeType NT, bool InCheck>
1064   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1065
1066     const bool PvNode = (NT == PV);
1067
1068     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1069     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1070     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1071     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1072     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1073
1074     StateInfo st;
1075     const TTEntry* tte;
1076     Key posKey;
1077     Move ttMove, move, bestMove;
1078     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1079     bool givesCheck, evasionPrunable;
1080     Depth ttDepth;
1081
1082     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1083     if (PvNode)
1084         oldAlpha = alpha;
1085
1086     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1087     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1088
1089     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1090     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1091         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1092
1093     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1094     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1095     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1096     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1097                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1098
1099     // Transposition table lookup
1100     posKey = pos.key();
1101     tte = TT.probe(posKey);
1102     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1103     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1104
1105     if (   tte
1106         && tte->depth() >= ttDepth
1107         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1108         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1109             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1110                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1111     {
1112         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1113         return ttValue;
1114     }
1115
1116     // Evaluate the position statically
1117     if (InCheck)
1118     {
1119         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1120         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1121     }
1122     else
1123     {
1124         if (tte)
1125         {
1126             // Never assume anything on values stored in TT
1127             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1128                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1129
1130             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1131             if (ttValue != VALUE_NONE)
1132                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1133                     bestValue = ttValue;
1134         }
1135         else
1136             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1137
1138         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1139         if (bestValue >= beta)
1140         {
1141             if (!tte)
1142                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1143                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1144
1145             return bestValue;
1146         }
1147
1148         if (PvNode && bestValue > alpha)
1149             alpha = bestValue;
1150
1151         futilityBase = bestValue + Value(128);
1152     }
1153
1154     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1155     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1156     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1157     // be generated.
1158     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1159     CheckInfo ci(pos);
1160
1161     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1162     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1163     {
1164       assert(is_ok(move));
1165
1166       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1167
1168       // Futility pruning
1169       if (   !PvNode
1170           && !InCheck
1171           && !givesCheck
1172           &&  move != ttMove
1173           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1174           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1175       {
1176           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1177
1178           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1179
1180           if (futilityValue < beta)
1181           {
1182               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1183               continue;
1184           }
1185
1186           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1187           {
1188               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1189               continue;
1190           }
1191       }
1192
1193       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1194       evasionPrunable =    InCheck
1195                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1196                        && !pos.capture(move)
1197                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1198
1199       // Don't search moves with negative SEE values
1200       if (   !PvNode
1201           && (!InCheck || evasionPrunable)
1202           &&  move != ttMove
1203           &&  type_of(move) != PROMOTION
1204           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1205           continue;
1206
1207       // Check for legality just before making the move
1208       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1209           continue;
1210
1211       ss->currentMove = move;
1212
1213       // Make and search the move
1214       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1215       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1216                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1217       pos.undo_move(move);
1218
1219       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1220
1221       // Check for new best move
1222       if (value > bestValue)
1223       {
1224           bestValue = value;
1225
1226           if (value > alpha)
1227           {
1228               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1229               {
1230                   alpha = value;
1231                   bestMove = move;
1232               }
1233               else // Fail high
1234               {
1235                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1236                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1237
1238                   return value;
1239               }
1240           }
1241        }
1242     }
1243
1244     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1245     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1246     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1247         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1248
1249     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1250              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1251              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1252
1253     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1254
1255     return bestValue;
1256   }
1257
1258
1259   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1260   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1261   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1262
1263   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1264
1265     assert(v != VALUE_NONE);
1266
1267     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1268           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1269   }
1270
1271
1272   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1273   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1274   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1275
1276   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1277
1278     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1279           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1280           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1281   }
1282
1283
1284   // update_stats() updates killers, history and countermoves stats after a fail-high
1285   // of a quiet move.
1286
1287   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1288
1289     if (ss->killers[0] != move)
1290     {
1291         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1292         ss->killers[0] = move;
1293     }
1294
1295     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1296     // played quiet moves.
1297     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1298     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1299     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1300     {
1301         Move m = quiets[i];
1302         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1303     }
1304
1305     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1306     {
1307         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1308         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1309     }
1310   }
1311
1312
1313   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1314   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1315
1316   Move Skill::pick_move() {
1317
1318     static RKISS rk;
1319
1320     // PRNG sequence should be not deterministic
1321     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1322         rk.rand<unsigned>();
1323
1324     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1325     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1326     int weakness = 120 - 2 * level;
1327     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1328     best = MOVE_NONE;
1329
1330     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1331     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1332     // then we choose the move with the resulting highest score.
1333     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1334     {
1335         int s = RootMoves[i].score;
1336
1337         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1338         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1339             break;
1340
1341         // This is our magic formula
1342         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1343               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1344
1345         if (s > max_s)
1346         {
1347             max_s = s;
1348             best = RootMoves[i].pv[0];
1349         }
1350     }
1351     return best;
1352   }
1353
1354
1355   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1356   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1357   // search score.
1358
1359   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1360
1361     std::stringstream s;
1362     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1363     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1364     int selDepth = 0;
1365
1366     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1367         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1368             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1369
1370     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1371     {
1372         bool updated = (i <= PVIdx);
1373
1374         if (depth == 1 && !updated)
1375             continue;
1376
1377         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1378         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1379
1380         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1381             s << "\n";
1382
1383         s << "info depth " << d
1384           << " seldepth "  << selDepth
1385           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1386           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1387           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1388           << " time "      << elapsed
1389           << " multipv "   << i + 1
1390           << " pv";
1391
1392         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1393             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1394     }
1395
1396     return s.str();
1397   }
1398
1399 } // namespace
1400
1401
1402 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1403 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1404 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1405 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1406
1407 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1408
1409   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1410   const TTEntry* tte;
1411   int ply = 0;
1412   Move m = pv[0];
1413
1414   pv.clear();
1415
1416   do {
1417       pv.push_back(m);
1418
1419       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1420
1421       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1422       tte = TT.probe(pos.key());
1423
1424   } while (   tte
1425            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1426            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1427            && ply < MAX_PLY
1428            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1429
1430   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1431
1432   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1433 }
1434
1435
1436 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1437 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1438 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1439
1440 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1441
1442   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1443   const TTEntry* tte;
1444   int ply = 0;
1445
1446   do {
1447       tte = TT.probe(pos.key());
1448
1449       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1450           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1451
1452       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1453
1454       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1455
1456   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1457
1458   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1459 }
1460
1461
1462 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1463
1464 void Thread::idle_loop() {
1465
1466   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1467   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1468   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1469
1470   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1471
1472   while (true)
1473   {
1474       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1475       // wasting CPU time polling for work.
1476       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1477       {
1478           if (exit)
1479           {
1480               assert(!this_sp);
1481               return;
1482           }
1483
1484           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1485           mutex.lock();
1486
1487           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1488           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1489           {
1490               mutex.unlock();
1491               break;
1492           }
1493
1494           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1495           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1496           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1497           // we had the chance to grab the lock.
1498           if (!searching && !exit)
1499               sleepCondition.wait(mutex);
1500
1501           mutex.unlock();
1502       }
1503
1504       // If this thread has been assigned work, launch a search
1505       if (searching)
1506       {
1507           assert(!exit);
1508
1509           Threads.mutex.lock();
1510
1511           assert(searching);
1512           assert(activeSplitPoint);
1513           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1514
1515           Threads.mutex.unlock();
1516
1517           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1518           Position pos(*sp->pos, this);
1519
1520           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1521           ss->splitPoint = sp;
1522
1523           sp->mutex.lock();
1524
1525           assert(activePosition == NULL);
1526
1527           activePosition = &pos;
1528
1529           switch (sp->nodeType) {
1530           case Root:
1531               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1532               break;
1533           case PV:
1534               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1535               break;
1536           case NonPV:
1537               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1538               break;
1539           default:
1540               assert(false);
1541           }
1542
1543           assert(searching);
1544
1545           searching = false;
1546           activePosition = NULL;
1547           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1548           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1549
1550           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1551           // loop in case we are the last slave of the split point.
1552           if (    Threads.sleepWhileIdle
1553               &&  this != sp->masterThread
1554               && !sp->slavesMask)
1555           {
1556               assert(!sp->masterThread->searching);
1557               sp->masterThread->notify_one();
1558           }
1559
1560           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1561           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1562           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1563           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1564           sp->mutex.unlock();
1565       }
1566
1567       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1568       // their work at this split point, return from the idle loop.
1569       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1570       {
1571           this_sp->mutex.lock();
1572           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1573           this_sp->mutex.unlock();
1574           if (finished)
1575               return;
1576       }
1577   }
1578 }
1579
1580
1581 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1582 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1583 /// available time and thus stop the search.
1584
1585 void check_time() {
1586
1587   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1588   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1589
1590   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1591   {
1592       lastInfoTime = Time::now();
1593       dbg_print();
1594   }
1595
1596   if (Limits.ponder)
1597       return;
1598
1599   if (Limits.nodes)
1600   {
1601       Threads.mutex.lock();
1602
1603       nodes = RootPos.nodes_searched();
1604
1605       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1606       // all the currently active positions nodes.
1607       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1608           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1609           {
1610               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1611
1612               sp.mutex.lock();
1613
1614               nodes += sp.nodes;
1615               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1616               while (sm)
1617               {
1618                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1619                   if (pos)
1620                       nodes += pos->nodes_searched();
1621               }
1622
1623               sp.mutex.unlock();
1624           }
1625
1626       Threads.mutex.unlock();
1627   }
1628
1629   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1630   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1631                          && !Signals.failedLowAtRoot
1632                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1633
1634   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1635                    || stillAtFirstMove;
1636
1637   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1638       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1639       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1640       Signals.stop = true;
1641 }