72ec79e71f3e95539d0b05776147d3d51a040d41
[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 MultiPV, 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 = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
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 + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * 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   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
189   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
190   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
191
192   if (RootMoves.empty())
193   {
194       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
195       sync_cout << "info depth 0 score "
196                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
197                 << sync_endl;
198
199       goto finalize;
200   }
201
202   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
203   {
204       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
205
206       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
207       {
208           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
209           goto finalize;
210       }
211   }
212
213   if (Options["Write Search Log"])
214   {
215       Log log(Options["Search Log Filename"]);
216       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
217           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
218           << " ponder: "      << Limits.ponder
219           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
220           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
221           << " moves to go: " << Limits.movestogo
222           << std::endl;
223   }
224
225   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
226   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
227       Threads[i]->maxPly = 0;
228
229   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
230   Threads.timer->run = true;
231   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
232
233   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
234
235   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
236   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
237
238   if (Options["Write Search Log"])
239   {
240       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
241
242       Log log(Options["Search Log Filename"]);
243       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
244           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
245           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
246
247       StateInfo st;
248       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
249       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
250       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
251   }
252
253 finalize:
254
255   // When search is stopped this info is not printed
256   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
257             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
258
259   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
260   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
261   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
262   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
263   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
264   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
265   {
266       Signals.stopOnPonderhit = true;
267       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
268   }
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
286     int depth;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288
289     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
290     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
291
292     depth = 0;
293     BestMoveChanges = 0;
294     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295     beta = VALUE_INFINITE;
296
297     TT.new_search();
298     History.clear();
299     Gains.clear();
300     Countermoves.clear();
301     Followupmoves.clear();
302
303     MultiPV = Options["MultiPV"];
304     Skill skill(Options["Skill Level"]);
305
306     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
307     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
308     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
309         MultiPV = 4;
310
311     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
312
313     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
314     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
315     {
316         // Age out PV variability metric
317         BestMoveChanges *= 0.5;
318
319         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
320         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
322             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
323
324         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
325         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
326         {
327             // Reset aspiration window starting size
328             if (depth >= 5)
329             {
330                 delta = Value(16);
331                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
332                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
333             }
334
335             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
336             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
337             // high/low anymore.
338             while (true)
339             {
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
341
342                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
343                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
344                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
345                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
346                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
347                 // search the already searched PV lines are preserved.
348                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
357                 // valid, although it refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     break;
360
361                 // When failing high/low give some update (without cluttering
362                 // the UI) before a re-search.
363                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
364                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
365                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
366
367                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
368                 // re-search, otherwise exit the loop.
369                 if (bestValue <= alpha)
370                 {
371                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
372
373                     Signals.failedLowAtRoot = true;
374                     Signals.stopOnPonderhit = false;
375                 }
376                 else if (bestValue >= beta)
377                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
378
379                 else
380                     break;
381
382                 delta += delta / 2;
383
384                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
385             }
386
387             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
388             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
389
390             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
391                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
392         }
393
394         Time::point iterationTime = Time::now() - SearchTime;
395
396         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
397         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
398             skill.pick_move();
399
400         if (Options["Write Search Log"])
401         {
402             RootMove& rm = RootMoves[0];
403             if (skill.best != MOVE_NONE)
404                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
405
406             Log log(Options["Search Log Filename"]);
407             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
408                 << std::endl;
409         }
410
411         // Have we found a "mate in x"?
412         if (   Limits.mate
413             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
414             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
415             Signals.stop = true;
416
417         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
418         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
419         {
420             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
421
422             // Take some extra time if the best move has changed
423             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
424                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
425
426             // Stop the search if only one legal move is available or all
427             // of the available time has been used.
428             if (   RootMoves.size() == 1
429                 || iterationTime > TimeMgr.available_time() )
430                 stop = true;
431
432             if (stop)
433             {
434                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
435                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
436                 if (Limits.ponder)
437                     Signals.stopOnPonderhit = true;
438                 else
439                     Signals.stop = true;
440             }
441         }
442     }
443   }
444
445
446   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
447   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
448   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
449   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
450   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
451   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
452
453   template <NodeType NT>
454   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
455
456     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
457     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
458     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
459
460     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
461     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
462     assert(depth > DEPTH_ZERO);
463
464     Move quietsSearched[64];
465     StateInfo st;
466     const TTEntry *tte;
467     SplitPoint* splitPoint;
468     Key posKey;
469     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
470     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
471     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
472     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
473     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
474     int moveCount, quietCount;
475
476     // Step 1. Initialize node
477     Thread* thisThread = pos.this_thread();
478     inCheck = pos.checkers();
479
480     if (SpNode)
481     {
482         splitPoint = ss->splitPoint;
483         bestMove   = splitPoint->bestMove;
484         bestValue  = splitPoint->bestValue;
485         tte = NULL;
486         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
487         ttValue = VALUE_NONE;
488
489         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
490
491         goto moves_loop;
492     }
493
494     moveCount = quietCount = 0;
495     bestValue = -VALUE_INFINITE;
496     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
497     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
498     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
499     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
500
501     // Used to send selDepth info to GUI
502     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
503         thisThread->maxPly = ss->ply;
504
505     if (!RootNode)
506     {
507         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
508         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
509             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
510
511         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
512         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
513         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
514         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
515         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
516         // mate. In this case return a fail-high score.
517         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
518         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
519         if (alpha >= beta)
520             return alpha;
521     }
522
523     // Step 4. Transposition table lookup
524     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
525     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
526     excludedMove = ss->excludedMove;
527     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
528     tte = TT.probe(posKey);
529     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
530     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
531
532     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
533     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
534     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
535     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
536     if (   !RootNode
537         && tte
538         && tte->depth() >= depth
539         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
540         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
541             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
542                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
543     {
544         TT.refresh(tte);
545         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
546
547         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
548         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
549             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
550
551         return ttValue;
552     }
553
554     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
555     if (inCheck)
556     {
557         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
558         goto moves_loop;
559     }
560
561     else if (tte)
562     {
563         // Never assume anything on values stored in TT
564         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
565             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
566
567         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
568         if (ttValue != VALUE_NONE)
569             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
570                 eval = ttValue;
571     }
572     else
573     {
574         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
575         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
576     }
577
578     if (   !pos.captured_piece_type()
579         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
580         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
581         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
582         &&  type_of(move) == NORMAL)
583     {
584         Square to = to_sq(move);
585         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
586     }
587
588     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
589     if (   !PvNode
590         &&  depth < 4 * ONE_PLY
591         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
592         &&  ttMove == MOVE_NONE
593         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
594         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
595     {
596         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
597         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
598         if (v <= ralpha)
599             return v;
600     }
601
602     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
603     if (   !PvNode
604         && !ss->skipNullMove
605         &&  depth < 7 * ONE_PLY
606         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
607         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
608         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
609         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
610         return eval - futility_margin(depth);
611
612     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
613     if (   !PvNode
614         && !ss->skipNullMove
615         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
616         &&  eval >= beta
617         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
618         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
619     {
620         ss->currentMove = MOVE_NULL;
621
622         assert(eval - beta >= 0);
623
624         // Null move dynamic reduction based on depth and value
625         Depth R =  3 * ONE_PLY
626                  + depth / 4
627                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
628
629         pos.do_null_move(st);
630         (ss+1)->skipNullMove = true;
631         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
632                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
633         (ss+1)->skipNullMove = false;
634         pos.undo_null_move();
635
636         if (nullValue >= beta)
637         {
638             // Do not return unproven mate scores
639             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
640                 nullValue = beta;
641
642             if (depth < 12 * ONE_PLY)
643                 return nullValue;
644
645             // Do verification search at high depths
646             ss->skipNullMove = true;
647             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
648                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
649             ss->skipNullMove = false;
650
651             if (v >= beta)
652                 return nullValue;
653         }
654     }
655
656     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
657     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
658     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
659     // prune the previous move.
660     if (   !PvNode
661         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
662         && !ss->skipNullMove
663         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
664     {
665         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
666         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
667
668         assert(rdepth >= ONE_PLY);
669         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
670         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
671
672         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
673         CheckInfo ci(pos);
674
675         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
676             if (pos.legal(move, ci.pinned))
677             {
678                 ss->currentMove = move;
679                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
680                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
681                 pos.undo_move(move);
682                 if (value >= rbeta)
683                     return value;
684             }
685     }
686
687     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
688     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
689         && !ttMove
690         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
691     {
692         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
693
694         ss->skipNullMove = true;
695         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
696         ss->skipNullMove = false;
697
698         tte = TT.probe(posKey);
699         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
700     }
701
702 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
703
704     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
705     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
706                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
707
708     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
709     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
710                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
711
712     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
713     CheckInfo ci(pos);
714     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
715     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
716                || ss->staticEval == VALUE_NONE
717                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
718
719     singularExtensionNode =   !RootNode
720                            && !SpNode
721                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
722                            &&  ttMove != MOVE_NONE
723                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
724                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
725                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
726
727     // Step 11. Loop through moves
728     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
729     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
730     {
731       assert(is_ok(move));
732
733       if (move == excludedMove)
734           continue;
735
736       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
737       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
738       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
739       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
740           continue;
741
742       if (SpNode)
743       {
744           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
745           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
746               continue;
747
748           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
749           splitPoint->mutex.unlock();
750       }
751       else
752           ++moveCount;
753
754       if (RootNode)
755       {
756           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
757
758           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
759               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
760                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
761                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
762       }
763
764       ext = DEPTH_ZERO;
765       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
766
767       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
768                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
769                   : pos.gives_check(move, ci);
770
771       dangerous =   givesCheck
772                  || type_of(move) != NORMAL
773                  || pos.advanced_pawn_push(move);
774
775       // Step 12. Extend checks
776       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
777           ext = ONE_PLY;
778
779       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
780       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
781       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
782       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
783       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
784       if (    singularExtensionNode
785           &&  move == ttMove
786           && !ext
787           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
788           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
789       {
790           assert(ttValue != VALUE_NONE);
791
792           Value rBeta = ttValue - int(depth);
793           ss->excludedMove = move;
794           ss->skipNullMove = true;
795           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
796           ss->skipNullMove = false;
797           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
798
799           if (value < rBeta)
800               ext = ONE_PLY;
801       }
802
803       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
804       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
805
806       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
807       if (   !PvNode
808           && !captureOrPromotion
809           && !inCheck
810           && !dangerous
811        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
812           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
813       {
814           // Move count based pruning
815           if (   depth < 16 * ONE_PLY
816               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
817           {
818               if (SpNode)
819                   splitPoint->mutex.lock();
820
821               continue;
822           }
823
824           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
825
826           // Futility pruning: parent node
827           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
828           {
829               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
830                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
831
832               if (futilityValue <= alpha)
833               {
834                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
835
836                   if (SpNode)
837                   {
838                       splitPoint->mutex.lock();
839                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
840                           splitPoint->bestValue = bestValue;
841                   }
842                   continue;
843               }
844           }
845
846           // Prune moves with negative SEE at low depths
847           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
848           {
849               if (SpNode)
850                   splitPoint->mutex.lock();
851
852               continue;
853           }
854       }
855
856       // Check for legality just before making the move
857       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
858       {
859           moveCount--;
860           continue;
861       }
862
863       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
864       ss->currentMove = move;
865       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
866           quietsSearched[quietCount++] = move;
867
868       // Step 14. Make the move
869       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
870
871       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
872       // re-searched at full depth.
873       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
874           && !pvMove
875           && !captureOrPromotion
876           &&  move != ttMove
877           &&  move != ss->killers[0]
878           &&  move != ss->killers[1])
879       {
880           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
881
882           if (!PvNode && cutNode)
883               ss->reduction += ONE_PLY;
884
885           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
886               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
887
888           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
889               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
890
891           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
892           if (SpNode)
893               alpha = splitPoint->alpha;
894
895           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
896
897           // Research at intermediate depth if reduction is very high
898           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
899           {
900               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
901               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
902           }
903
904           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
905           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
906       }
907       else
908           doFullDepthSearch = !pvMove;
909
910       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
911       if (doFullDepthSearch)
912       {
913           if (SpNode)
914               alpha = splitPoint->alpha;
915
916           value = newDepth < ONE_PLY ?
917                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
918                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
919                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
920       }
921
922       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
923       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
924       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
925       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
926           value = newDepth < ONE_PLY ?
927                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
928                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
929                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
930       // Step 17. Undo move
931       pos.undo_move(move);
932
933       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
934
935       // Step 18. Check for new best move
936       if (SpNode)
937       {
938           splitPoint->mutex.lock();
939           bestValue = splitPoint->bestValue;
940           alpha = splitPoint->alpha;
941       }
942
943       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
944       // was aborted because the user interrupted the search or because we
945       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
946       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
947       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
948           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
949
950       if (RootNode)
951       {
952           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
953
954           // PV move or new best move ?
955           if (pvMove || value > alpha)
956           {
957               rm.score = value;
958               rm.extract_pv_from_tt(pos);
959
960               // We record how often the best move has been changed in each
961               // iteration. This information is used for time management: When
962               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
963               if (!pvMove)
964                   ++BestMoveChanges;
965           }
966           else
967               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
968               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
969               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
970               rm.score = -VALUE_INFINITE;
971       }
972
973       if (value > bestValue)
974       {
975           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
976
977           if (value > alpha)
978           {
979               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
980
981               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
982                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
983               else
984               {
985                   assert(value >= beta); // Fail high
986
987                   if (SpNode)
988                       splitPoint->cutoff = true;
989
990                   break;
991               }
992           }
993       }
994
995       // Step 19. Check for splitting the search
996       if (   !SpNode
997           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
998           &&  Threads.available_slave(thisThread)
999           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1000       {
1001           assert(bestValue < beta);
1002
1003           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1004                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1005           if (bestValue >= beta)
1006               break;
1007       }
1008     }
1009
1010     if (SpNode)
1011         return bestValue;
1012
1013     // Step 20. Check for mate and stalemate
1014     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1015     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1016     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1017     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1018     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1019     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1020     if (!moveCount)
1021         return  excludedMove ? alpha
1022               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1023
1024     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1025     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1026         bestValue = alpha;
1027
1028     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1029              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1030              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1031              depth, bestMove, ss->staticEval);
1032
1033     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1034     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1035         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1036
1037     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1038
1039     return bestValue;
1040   }
1041
1042
1043   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1044   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1045   // less than ONE_PLY).
1046
1047   template <NodeType NT, bool InCheck>
1048   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1049
1050     const bool PvNode = (NT == PV);
1051
1052     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1053     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1054     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1055     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1056     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1057
1058     StateInfo st;
1059     const TTEntry* tte;
1060     Key posKey;
1061     Move ttMove, move, bestMove;
1062     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1063     bool givesCheck, evasionPrunable;
1064     Depth ttDepth;
1065
1066     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1067     if (PvNode)
1068         oldAlpha = alpha;
1069
1070     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1071     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1072
1073     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1074     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1075         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1076
1077     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1078     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1079     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1080     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1081                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1082
1083     // Transposition table lookup
1084     posKey = pos.key();
1085     tte = TT.probe(posKey);
1086     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1087     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1088
1089     if (   tte
1090         && tte->depth() >= ttDepth
1091         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1092         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1093             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1094                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1095     {
1096         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1097         return ttValue;
1098     }
1099
1100     // Evaluate the position statically
1101     if (InCheck)
1102     {
1103         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1104         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1105     }
1106     else
1107     {
1108         if (tte)
1109         {
1110             // Never assume anything on values stored in TT
1111             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1112                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1113
1114             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1115             if (ttValue != VALUE_NONE)
1116                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1117                     bestValue = ttValue;
1118         }
1119         else
1120             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1121
1122         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1123         if (bestValue >= beta)
1124         {
1125             if (!tte)
1126                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1127                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1128
1129             return bestValue;
1130         }
1131
1132         if (PvNode && bestValue > alpha)
1133             alpha = bestValue;
1134
1135         futilityBase = bestValue + Value(128);
1136     }
1137
1138     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1139     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1140     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1141     // be generated.
1142     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1143     CheckInfo ci(pos);
1144
1145     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1146     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1147     {
1148       assert(is_ok(move));
1149
1150       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1151                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1152                   : pos.gives_check(move, ci);
1153
1154       // Futility pruning
1155       if (   !PvNode
1156           && !InCheck
1157           && !givesCheck
1158           &&  move != ttMove
1159           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1160           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1161       {
1162           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1163
1164           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1165
1166           if (futilityValue < beta)
1167           {
1168               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1169               continue;
1170           }
1171
1172           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1173           {
1174               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1175               continue;
1176           }
1177       }
1178
1179       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1180       evasionPrunable =    InCheck
1181                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1182                        && !pos.capture(move)
1183                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1184
1185       // Don't search moves with negative SEE values
1186       if (   !PvNode
1187           && (!InCheck || evasionPrunable)
1188           &&  move != ttMove
1189           &&  type_of(move) != PROMOTION
1190           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1191           continue;
1192
1193       // Check for legality just before making the move
1194       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1195           continue;
1196
1197       ss->currentMove = move;
1198
1199       // Make and search the move
1200       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1201       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1202                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1203       pos.undo_move(move);
1204
1205       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1206
1207       // Check for new best move
1208       if (value > bestValue)
1209       {
1210           bestValue = value;
1211
1212           if (value > alpha)
1213           {
1214               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1215               {
1216                   alpha = value;
1217                   bestMove = move;
1218               }
1219               else // Fail high
1220               {
1221                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1222                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1223
1224                   return value;
1225               }
1226           }
1227        }
1228     }
1229
1230     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1231     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1232     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1233         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1234
1235     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1236              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1237              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1238
1239     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1240
1241     return bestValue;
1242   }
1243
1244
1245   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1246   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1247   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1248
1249   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1250
1251     assert(v != VALUE_NONE);
1252
1253     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1254           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1255   }
1256
1257
1258   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1259   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1260   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1261
1262   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1263
1264     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1265           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1266           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1267   }
1268
1269
1270   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1271   // of a quiet move.
1272
1273   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1274
1275     if (ss->killers[0] != move)
1276     {
1277         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1278         ss->killers[0] = move;
1279     }
1280
1281     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1282     // played quiet moves.
1283     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1284     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1285     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1286     {
1287         Move m = quiets[i];
1288         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1289     }
1290
1291     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1292     {
1293         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1294         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1295     }
1296
1297     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1298     {
1299         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1300         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1301     }
1302   }
1303
1304
1305   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1306   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1307
1308   Move Skill::pick_move() {
1309
1310     static RKISS rk;
1311
1312     // PRNG sequence should be not deterministic
1313     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1314         rk.rand<unsigned>();
1315
1316     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1317     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1318     int weakness = 120 - 2 * level;
1319     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1320     best = MOVE_NONE;
1321
1322     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1323     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1324     // then we choose the move with the resulting highest score.
1325     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1326     {
1327         int s = RootMoves[i].score;
1328
1329         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1330         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1331             break;
1332
1333         // This is our magic formula
1334         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1335               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1336
1337         if (s > max_s)
1338         {
1339             max_s = s;
1340             best = RootMoves[i].pv[0];
1341         }
1342     }
1343     return best;
1344   }
1345
1346
1347   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1348   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1349   // search score.
1350
1351   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1352
1353     std::stringstream s;
1354     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1355     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1356     int selDepth = 0;
1357
1358     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1359         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1360             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1361
1362     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1363     {
1364         bool updated = (i <= PVIdx);
1365
1366         if (depth == 1 && !updated)
1367             continue;
1368
1369         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1370         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1371
1372         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1373             s << "\n";
1374
1375         s << "info depth " << d
1376           << " seldepth "  << selDepth
1377           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1378           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1379           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1380           << " time "      << elapsed
1381           << " multipv "   << i + 1
1382           << " pv";
1383
1384         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1385             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1386     }
1387
1388     return s.str();
1389   }
1390
1391 } // namespace
1392
1393
1394 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1395 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1396 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1397 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1398
1399 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1400
1401   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1402   const TTEntry* tte;
1403   int ply = 0;
1404   Move m = pv[0];
1405
1406   pv.clear();
1407
1408   do {
1409       pv.push_back(m);
1410
1411       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1412
1413       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1414       tte = TT.probe(pos.key());
1415
1416   } while (   tte
1417            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1418            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1419            && ply < MAX_PLY
1420            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1421
1422   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1423
1424   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1425 }
1426
1427
1428 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1429 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1430 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1431
1432 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1433
1434   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1435   const TTEntry* tte;
1436   int ply = 0;
1437
1438   do {
1439       tte = TT.probe(pos.key());
1440
1441       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1442           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1443
1444       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1445
1446       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1447
1448   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1449
1450   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1451 }
1452
1453
1454 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1455
1456 void Thread::idle_loop() {
1457
1458   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1459   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1460   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1461
1462   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1463
1464   while (true)
1465   {
1466       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1467       // wasting CPU time polling for work.
1468       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1469       {
1470           if (exit)
1471           {
1472               assert(!this_sp);
1473               return;
1474           }
1475
1476           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1477           mutex.lock();
1478
1479           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1480           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1481           {
1482               mutex.unlock();
1483               break;
1484           }
1485
1486           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1487           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1488           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1489           // we had the chance to grab the lock.
1490           if (!searching && !exit)
1491               sleepCondition.wait(mutex);
1492
1493           mutex.unlock();
1494       }
1495
1496       // If this thread has been assigned work, launch a search
1497       if (searching)
1498       {
1499           assert(!exit);
1500
1501           Threads.mutex.lock();
1502
1503           assert(searching);
1504           assert(activeSplitPoint);
1505           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1506
1507           Threads.mutex.unlock();
1508
1509           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1510           Position pos(*sp->pos, this);
1511
1512           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1513           ss->splitPoint = sp;
1514
1515           sp->mutex.lock();
1516
1517           assert(activePosition == NULL);
1518
1519           activePosition = &pos;
1520
1521           switch (sp->nodeType) {
1522           case Root:
1523               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1524               break;
1525           case PV:
1526               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1527               break;
1528           case NonPV:
1529               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1530               break;
1531           default:
1532               assert(false);
1533           }
1534
1535           assert(searching);
1536
1537           searching = false;
1538           activePosition = NULL;
1539           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1540           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1541
1542           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1543           // loop in case we are the last slave of the split point.
1544           if (    Threads.sleepWhileIdle
1545               &&  this != sp->masterThread
1546               && !sp->slavesMask)
1547           {
1548               assert(!sp->masterThread->searching);
1549               sp->masterThread->notify_one();
1550           }
1551
1552           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1553           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1554           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1555           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1556           sp->mutex.unlock();
1557       }
1558
1559       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1560       // their work at this split point, return from the idle loop.
1561       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1562       {
1563           this_sp->mutex.lock();
1564           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1565           this_sp->mutex.unlock();
1566           if (finished)
1567               return;
1568       }
1569   }
1570 }
1571
1572
1573 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1574 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1575 /// available time and thus stop the search.
1576
1577 void check_time() {
1578
1579   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1580   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1581
1582   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1583   {
1584       lastInfoTime = Time::now();
1585       dbg_print();
1586   }
1587
1588   if (Limits.ponder)
1589       return;
1590
1591   if (Limits.nodes)
1592   {
1593       Threads.mutex.lock();
1594
1595       nodes = RootPos.nodes_searched();
1596
1597       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1598       // all the currently active positions nodes.
1599       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1600           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1601           {
1602               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1603
1604               sp.mutex.lock();
1605
1606               nodes += sp.nodes;
1607               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1608               while (sm)
1609               {
1610                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1611                   if (pos)
1612                       nodes += pos->nodes_searched();
1613               }
1614
1615               sp.mutex.unlock();
1616           }
1617
1618       Threads.mutex.unlock();
1619   }
1620
1621   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1622   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1623                          && !Signals.failedLowAtRoot
1624                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1625
1626   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1627                    || stillAtFirstMove;
1628
1629   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1630       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1631       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1632       Signals.stop = true;
1633 }