7188925c0e73c2f3e2fae8d5e2c1b77e5dea2374
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_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 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307     Followupmoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
401
402         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Have we found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop the search if only one legal move is available or most
433             // of the available time has been used. We probably don't have
434             // enough time to search the first move at the next iteration anyway.
435             if (   RootMoves.size() == 1
436                 || IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             if (stop)
440             {
441                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
442                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
443                 if (Limits.ponder)
444                     Signals.stopOnPonderhit = true;
445                 else
446                     Signals.stop = true;
447             }
448         }
449     }
450   }
451
452
453   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
454   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
455   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
456   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
457   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
458   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
459
460   template <NodeType NT>
461   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
462
463     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
464     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
465     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
466
467     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
468     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
469     assert(depth > DEPTH_ZERO);
470
471     Move quietsSearched[64];
472     StateInfo st;
473     const TTEntry *tte;
474     SplitPoint* splitPoint;
475     Key posKey;
476     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
477     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
478     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
479     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
480     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
481     int moveCount, quietCount;
482
483     // Step 1. Initialize node
484     Thread* thisThread = pos.this_thread();
485     inCheck = pos.checkers();
486
487     if (SpNode)
488     {
489         splitPoint = ss->splitPoint;
490         bestMove   = splitPoint->bestMove;
491         bestValue  = splitPoint->bestValue;
492         tte = NULL;
493         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
494         ttValue = VALUE_NONE;
495
496         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
497
498         goto moves_loop;
499     }
500
501     moveCount = quietCount = 0;
502     bestValue = -VALUE_INFINITE;
503     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
504     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
505     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
506     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
507
508     // Used to send selDepth info to GUI
509     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
510         thisThread->maxPly = ss->ply;
511
512     if (!RootNode)
513     {
514         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
515         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
516             return DrawValue[pos.side_to_move()];
517
518         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
519         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
520         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
521         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
522         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
523         // mate. In this case return a fail-high score.
524         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
525         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
526         if (alpha >= beta)
527             return alpha;
528     }
529
530     // Step 4. Transposition table lookup
531     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
532     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
533     excludedMove = ss->excludedMove;
534     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
535     tte = TT.probe(posKey);
536     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
537     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
538
539     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
540     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
541     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
542     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
543     if (   !RootNode
544         && tte
545         && tte->depth() >= depth
546         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
547         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
548             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
549                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
550     {
551         TT.refresh(tte);
552         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
553
554         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
555         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
556             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
557
558         return ttValue;
559     }
560
561     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
562     if (inCheck)
563     {
564         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
565         goto moves_loop;
566     }
567
568     else if (tte)
569     {
570         // Never assume anything on values stored in TT
571         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
572             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
573
574         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
575         if (ttValue != VALUE_NONE)
576             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
577                 eval = ttValue;
578     }
579     else
580     {
581         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
582         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
583     }
584
585     if (   !pos.captured_piece_type()
586         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
587         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
588         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
589         &&  type_of(move) == NORMAL)
590     {
591         Square to = to_sq(move);
592         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
593     }
594
595     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         &&  depth < 4 * ONE_PLY
598         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
599         &&  ttMove == MOVE_NONE
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
602     {
603         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
604         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
605         if (v <= ralpha)
606             return v;
607     }
608
609     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
610     if (   !PvNode
611         && !ss->skipNullMove
612         &&  depth < 7 * ONE_PLY
613         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
614         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
615         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
616         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
617         return eval - futility_margin(depth);
618
619     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
620     if (   !PvNode
621         && !ss->skipNullMove
622         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
623         &&  eval >= beta
624         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
625         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
626     {
627         ss->currentMove = MOVE_NULL;
628
629         assert(eval - beta >= 0);
630
631         // Null move dynamic reduction based on depth and value
632         Depth R =  3 * ONE_PLY
633                  + depth / 4
634                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
635
636         pos.do_null_move(st);
637         (ss+1)->skipNullMove = true;
638         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
639                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
640         (ss+1)->skipNullMove = false;
641         pos.undo_null_move();
642
643         if (nullValue >= beta)
644         {
645             // Do not return unproven mate scores
646             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
647                 nullValue = beta;
648
649             if (depth < 12 * ONE_PLY)
650                 return nullValue;
651
652             // Do verification search at high depths
653             ss->skipNullMove = true;
654             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
655                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
656             ss->skipNullMove = false;
657
658             if (v >= beta)
659                 return nullValue;
660         }
661     }
662
663     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
664     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
665     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
666     // prune the previous move.
667     if (   !PvNode
668         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
669         && !ss->skipNullMove
670         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
671     {
672         Value rbeta = beta + 200;
673         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
674
675         assert(rdepth >= ONE_PLY);
676         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
677         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
678
679         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
680         CheckInfo ci(pos);
681
682         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
683             if (pos.legal(move, ci.pinned))
684             {
685                 ss->currentMove = move;
686                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
687                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
688                 pos.undo_move(move);
689                 if (value >= rbeta)
690                     return value;
691             }
692     }
693
694     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
695     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
696         && ttMove == MOVE_NONE
697         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
698     {
699         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
700
701         ss->skipNullMove = true;
702         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
703         ss->skipNullMove = false;
704
705         tte = TT.probe(posKey);
706         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
707     }
708
709 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
710
711     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
712     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
713                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
714
715     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
716     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
717                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
718
719     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
720     CheckInfo ci(pos);
721     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
722     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
723                || ss->staticEval == VALUE_NONE
724                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
725
726     singularExtensionNode =   !RootNode
727                            && !SpNode
728                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
729                            &&  ttMove != MOVE_NONE
730                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
731                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
732                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
733
734     // Step 11. Loop through moves
735     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
736     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
737     {
738       assert(is_ok(move));
739
740       if (move == excludedMove)
741           continue;
742
743       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
744       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
745       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
746       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
747           continue;
748
749       if (SpNode)
750       {
751           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
752           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
753               continue;
754
755           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
756           splitPoint->mutex.unlock();
757       }
758       else
759           ++moveCount;
760
761       if (RootNode)
762       {
763           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
764
765           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
766               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
767                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
768                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
769       }
770
771       ext = DEPTH_ZERO;
772       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
773
774       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
775                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
776                   : pos.gives_check(move, ci);
777
778       dangerous =   givesCheck
779                  || type_of(move) != NORMAL
780                  || pos.advanced_pawn_push(move);
781
782       // Step 12. Extend checks
783       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
784           ext = ONE_PLY;
785
786       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
787       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
788       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
789       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
790       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
791       if (    singularExtensionNode
792           &&  move == ttMove
793           && !ext
794           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
795           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
796       {
797           assert(ttValue != VALUE_NONE);
798
799           Value rBeta = ttValue - int(depth);
800           ss->excludedMove = move;
801           ss->skipNullMove = true;
802           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
803           ss->skipNullMove = false;
804           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
805
806           if (value < rBeta)
807               ext = ONE_PLY;
808       }
809
810       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
811       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
812
813       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
814       if (   !PvNode
815           && !captureOrPromotion
816           && !inCheck
817           && !dangerous
818        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
819           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
820       {
821           // Move count based pruning
822           if (   depth < 16 * ONE_PLY
823               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
824           {
825               if (SpNode)
826                   splitPoint->mutex.lock();
827
828               continue;
829           }
830
831           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
832
833           // Futility pruning: parent node
834           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
835           {
836               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
837                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
838
839               if (futilityValue <= alpha)
840               {
841                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
842
843                   if (SpNode)
844                   {
845                       splitPoint->mutex.lock();
846                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
847                           splitPoint->bestValue = bestValue;
848                   }
849                   continue;
850               }
851           }
852
853           // Prune moves with negative SEE at low depths
854           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
855           {
856               if (SpNode)
857                   splitPoint->mutex.lock();
858
859               continue;
860           }
861       }
862
863       // Check for legality just before making the move
864       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
865       {
866           moveCount--;
867           continue;
868       }
869
870       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
871       ss->currentMove = move;
872       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
873           quietsSearched[quietCount++] = move;
874
875       // Step 14. Make the move
876       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
877
878       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
879       // re-searched at full depth.
880       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
881           && !pvMove
882           && !captureOrPromotion
883           &&  move != ttMove
884           &&  move != ss->killers[0]
885           &&  move != ss->killers[1])
886       {
887           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
888
889           if (!PvNode && cutNode)
890               ss->reduction += ONE_PLY;
891
892           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
893               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
894
895           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
896               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
897
898           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
899           if (SpNode)
900               alpha = splitPoint->alpha;
901
902           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
903
904           // Research at intermediate depth if reduction is very high
905           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
906           {
907               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
908               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
909           }
910
911           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
912           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
913       }
914       else
915           doFullDepthSearch = !pvMove;
916
917       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
918       if (doFullDepthSearch)
919       {
920           if (SpNode)
921               alpha = splitPoint->alpha;
922
923           value = newDepth < ONE_PLY ?
924                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
925                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
926                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
927       }
928
929       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
930       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
931       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
932       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
933           value = newDepth < ONE_PLY ?
934                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
935                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
936                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
937       // Step 17. Undo move
938       pos.undo_move(move);
939
940       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
941
942       // Step 18. Check for new best move
943       if (SpNode)
944       {
945           splitPoint->mutex.lock();
946           bestValue = splitPoint->bestValue;
947           alpha = splitPoint->alpha;
948       }
949
950       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
951       // was aborted because the user interrupted the search or because we
952       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
953       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
954       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
955           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
956
957       if (RootNode)
958       {
959           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
960
961           // PV move or new best move ?
962           if (pvMove || value > alpha)
963           {
964               rm.score = value;
965               rm.extract_pv_from_tt(pos);
966
967               // We record how often the best move has been changed in each
968               // iteration. This information is used for time management: When
969               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
970               if (!pvMove)
971                   ++BestMoveChanges;
972           }
973           else
974               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
975               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
976               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
977               rm.score = -VALUE_INFINITE;
978       }
979
980       if (value > bestValue)
981       {
982           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
983
984           if (value > alpha)
985           {
986               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
987
988               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
989                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
990               else
991               {
992                   assert(value >= beta); // Fail high
993
994                   if (SpNode)
995                       splitPoint->cutoff = true;
996
997                   break;
998               }
999           }
1000       }
1001
1002       // Step 19. Check for splitting the search
1003       if (   !SpNode
1004           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1005           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1006           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1007       {
1008           assert(bestValue < beta);
1009
1010           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1011                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1012           if (bestValue >= beta)
1013               break;
1014       }
1015     }
1016
1017     if (SpNode)
1018         return bestValue;
1019
1020     // Step 20. Check for mate and stalemate
1021     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1022     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1023     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1024     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1025     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1026     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1027     if (!moveCount)
1028         return  excludedMove ? alpha
1029               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1030
1031     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1032     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1033         bestValue = alpha;
1034
1035     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1036              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1037              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1038              depth, bestMove, ss->staticEval);
1039
1040     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1041     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1042         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1043
1044     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1045
1046     return bestValue;
1047   }
1048
1049
1050   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1051   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1052   // less than ONE_PLY).
1053
1054   template <NodeType NT, bool InCheck>
1055   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1056
1057     const bool PvNode = (NT == PV);
1058
1059     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1060     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1061     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1062     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1063     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1064
1065     StateInfo st;
1066     const TTEntry* tte;
1067     Key posKey;
1068     Move ttMove, move, bestMove;
1069     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1070     bool givesCheck, evasionPrunable;
1071     Depth ttDepth;
1072
1073     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1074     if (PvNode)
1075         oldAlpha = alpha;
1076
1077     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1078     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1079
1080     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1081     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1082         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1083
1084     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1085     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1086     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1087     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1088                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1089
1090     // Transposition table lookup
1091     posKey = pos.key();
1092     tte = TT.probe(posKey);
1093     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1094     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1095
1096     if (   tte
1097         && tte->depth() >= ttDepth
1098         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1099         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1100             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1101                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1102     {
1103         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1104         return ttValue;
1105     }
1106
1107     // Evaluate the position statically
1108     if (InCheck)
1109     {
1110         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1111         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1112     }
1113     else
1114     {
1115         if (tte)
1116         {
1117             // Never assume anything on values stored in TT
1118             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1119                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1120
1121             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1122             if (ttValue != VALUE_NONE)
1123                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1124                     bestValue = ttValue;
1125         }
1126         else
1127             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1128
1129         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1130         if (bestValue >= beta)
1131         {
1132             if (!tte)
1133                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1134                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1135
1136             return bestValue;
1137         }
1138
1139         if (PvNode && bestValue > alpha)
1140             alpha = bestValue;
1141
1142         futilityBase = bestValue + Value(128);
1143     }
1144
1145     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1146     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1147     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1148     // be generated.
1149     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1150     CheckInfo ci(pos);
1151
1152     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1153     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1154     {
1155       assert(is_ok(move));
1156
1157       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1158                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1159                   : pos.gives_check(move, ci);
1160
1161       // Futility pruning
1162       if (   !PvNode
1163           && !InCheck
1164           && !givesCheck
1165           &&  move != ttMove
1166           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1167           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1168       {
1169           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1170
1171           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1172
1173           if (futilityValue < beta)
1174           {
1175               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1176               continue;
1177           }
1178
1179           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1180           {
1181               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1182               continue;
1183           }
1184       }
1185
1186       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1187       evasionPrunable =    InCheck
1188                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1189                        && !pos.capture(move)
1190                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1191
1192       // Don't search moves with negative SEE values
1193       if (   !PvNode
1194           && (!InCheck || evasionPrunable)
1195           &&  move != ttMove
1196           &&  type_of(move) != PROMOTION
1197           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1198           continue;
1199
1200       // Check for legality just before making the move
1201       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1202           continue;
1203
1204       ss->currentMove = move;
1205
1206       // Make and search the move
1207       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1208       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1209                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1210       pos.undo_move(move);
1211
1212       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1213
1214       // Check for new best move
1215       if (value > bestValue)
1216       {
1217           bestValue = value;
1218
1219           if (value > alpha)
1220           {
1221               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1222               {
1223                   alpha = value;
1224                   bestMove = move;
1225               }
1226               else // Fail high
1227               {
1228                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1229                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1230
1231                   return value;
1232               }
1233           }
1234        }
1235     }
1236
1237     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1238     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1239     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1240         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1241
1242     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1243              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1244              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1245
1246     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1247
1248     return bestValue;
1249   }
1250
1251
1252   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1253   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1254   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1255
1256   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1257
1258     assert(v != VALUE_NONE);
1259
1260     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1261           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1262   }
1263
1264
1265   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1266   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1267   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1268
1269   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1270
1271     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1272           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1273           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1274   }
1275
1276
1277   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1278   // of a quiet move.
1279
1280   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1281
1282     if (ss->killers[0] != move)
1283     {
1284         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1285         ss->killers[0] = move;
1286     }
1287
1288     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1289     // played quiet moves.
1290     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1291     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1292     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1293     {
1294         Move m = quiets[i];
1295         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1296     }
1297
1298     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1299     {
1300         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1301         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1302     }
1303
1304     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1305     {
1306         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1307         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1308     }
1309   }
1310
1311
1312   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1313   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1314
1315   Move Skill::pick_move() {
1316
1317     static RKISS rk;
1318
1319     // PRNG sequence should be not deterministic
1320     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1321         rk.rand<unsigned>();
1322
1323     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1324     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1325     int weakness = 120 - 2 * level;
1326     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1327     best = MOVE_NONE;
1328
1329     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1330     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1331     // then we choose the move with the resulting highest score.
1332     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1333     {
1334         int s = RootMoves[i].score;
1335
1336         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1337         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1338             break;
1339
1340         // This is our magic formula
1341         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1342               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1343
1344         if (s > max_s)
1345         {
1346             max_s = s;
1347             best = RootMoves[i].pv[0];
1348         }
1349     }
1350     return best;
1351   }
1352
1353
1354   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1355   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1356   // search score.
1357
1358   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1359
1360     std::stringstream s;
1361     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1362     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1363     int selDepth = 0;
1364
1365     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1366         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1367             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1368
1369     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1370     {
1371         bool updated = (i <= PVIdx);
1372
1373         if (depth == 1 && !updated)
1374             continue;
1375
1376         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1377         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1378
1379         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1380             s << "\n";
1381
1382         s << "info depth " << d
1383           << " seldepth "  << selDepth
1384           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1385           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1386           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1387           << " time "      << elapsed
1388           << " multipv "   << i + 1
1389           << " pv";
1390
1391         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1392             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1393     }
1394
1395     return s.str();
1396   }
1397
1398 } // namespace
1399
1400
1401 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1402 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1403 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1404 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1405
1406 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1407
1408   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1409   const TTEntry* tte;
1410   int ply = 0;
1411   Move m = pv[0];
1412
1413   pv.clear();
1414
1415   do {
1416       pv.push_back(m);
1417
1418       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1419
1420       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1421       tte = TT.probe(pos.key());
1422
1423   } while (   tte
1424            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1425            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1426            && ply < MAX_PLY
1427            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1428
1429   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1430
1431   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1432 }
1433
1434
1435 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1436 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1437 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1438
1439 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1440
1441   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1442   const TTEntry* tte;
1443   int ply = 0;
1444
1445   do {
1446       tte = TT.probe(pos.key());
1447
1448       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1449           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1450
1451       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1452
1453       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1454
1455   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1456
1457   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1458 }
1459
1460
1461 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1462
1463 void Thread::idle_loop() {
1464
1465   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1466   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1467   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1468
1469   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1470
1471   while (true)
1472   {
1473       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1474       // wasting CPU time polling for work.
1475       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1476       {
1477           if (exit)
1478           {
1479               assert(!this_sp);
1480               return;
1481           }
1482
1483           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1484           mutex.lock();
1485
1486           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1487           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1488           {
1489               mutex.unlock();
1490               break;
1491           }
1492
1493           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1494           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1495           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1496           // we had the chance to grab the lock.
1497           if (!searching && !exit)
1498               sleepCondition.wait(mutex);
1499
1500           mutex.unlock();
1501       }
1502
1503       // If this thread has been assigned work, launch a search
1504       if (searching)
1505       {
1506           assert(!exit);
1507
1508           Threads.mutex.lock();
1509
1510           assert(searching);
1511           assert(activeSplitPoint);
1512           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1513
1514           Threads.mutex.unlock();
1515
1516           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1517           Position pos(*sp->pos, this);
1518
1519           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1520           ss->splitPoint = sp;
1521
1522           sp->mutex.lock();
1523
1524           assert(activePosition == NULL);
1525
1526           activePosition = &pos;
1527
1528           switch (sp->nodeType) {
1529           case Root:
1530               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1531               break;
1532           case PV:
1533               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1534               break;
1535           case NonPV:
1536               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1537               break;
1538           default:
1539               assert(false);
1540           }
1541
1542           assert(searching);
1543
1544           searching = false;
1545           activePosition = NULL;
1546           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1547           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1548
1549           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1550           // loop in case we are the last slave of the split point.
1551           if (    Threads.sleepWhileIdle
1552               &&  this != sp->masterThread
1553               && !sp->slavesMask)
1554           {
1555               assert(!sp->masterThread->searching);
1556               sp->masterThread->notify_one();
1557           }
1558
1559           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1560           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1561           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1562           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1563           sp->mutex.unlock();
1564       }
1565
1566       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1567       // their work at this split point, return from the idle loop.
1568       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1569       {
1570           this_sp->mutex.lock();
1571           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1572           this_sp->mutex.unlock();
1573           if (finished)
1574               return;
1575       }
1576   }
1577 }
1578
1579
1580 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1581 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1582 /// available time and thus stop the search.
1583
1584 void check_time() {
1585
1586   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1587   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1588
1589   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1590   {
1591       lastInfoTime = Time::now();
1592       dbg_print();
1593   }
1594
1595   if (Limits.ponder)
1596       return;
1597
1598   if (Limits.nodes)
1599   {
1600       Threads.mutex.lock();
1601
1602       nodes = RootPos.nodes_searched();
1603
1604       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1605       // all the currently active positions nodes.
1606       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1607           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1608           {
1609               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1610
1611               sp.mutex.lock();
1612
1613               nodes += sp.nodes;
1614               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1615               while (sm)
1616               {
1617                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1618                   if (pos)
1619                       nodes += pos->nodes_searched();
1620               }
1621
1622               sp.mutex.unlock();
1623           }
1624
1625       Threads.mutex.unlock();
1626   }
1627
1628   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1629   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1630                          && !Signals.failedLowAtRoot
1631                          && (   elapsed > TimeMgr.available_time()
1632                              || (   elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1633                                  && elapsed > IterationTime * 1.4));
1634
1635   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1636                    || stillAtFirstMove;
1637
1638   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1639       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1640       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1641       Signals.stop = true;
1642 }