Rework perft implementation
[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 "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.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   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Different node types, used as template parameter
56   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
57
58   // Dynamic razoring margin based on depth
59   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
60
61   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
62   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
63
64   inline Value futility_margin(Depth d) {
65     return Value(100 * d);
66   }
67
68   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
69   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
70
71   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
72
73     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
74   }
75
76   size_t PVIdx;
77   TimeManager TimeMgr;
78   double BestMoveChanges;
79   Value DrawValue[COLOR_NB];
80   HistoryStats History;
81   GainsStats Gains;
82   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
83
84   template <NodeType NT, bool SpNode>
85   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
86
87   template <NodeType NT, bool InCheck>
88   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
89
90   void id_loop(Position& pos);
91   Value value_to_tt(Value v, int ply);
92   Value value_from_tt(Value v, int ply);
93   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
94   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
95
96   struct Skill {
97     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
98                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
99                                     best(MOVE_NONE) {}
100    ~Skill() {
101       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
102           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
103                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
104     }
105
106     size_t candidates_size() const { return candidates; }
107     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
108     Move pick_move();
109
110     int level;
111     size_t candidates;
112     Move best;
113   };
114
115 } // namespace
116
117
118 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
119
120 void Search::init() {
121
122   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
123   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
124   int mc; // moveCount
125
126   // Init reductions array
127   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
128   {
129       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
130       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
131       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
132       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
133
134       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
135       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
136
137       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
139
140       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
142   }
143
144   // Init futility move count array
145   for (d = 0; d < 32; ++d)
146   {
147       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
148       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
149   }
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155 template<bool Root>
156 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   uint64_t cnt, nodes = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       if (Root && depth <= ONE_PLY)
166           cnt = 1;
167       else
168       {
169           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
170           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
171           nodes += cnt;
172           pos.undo_move(*it);
173       }
174       if (Root)
175           sync_cout << move_to_uci(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
176   }
177   return nodes;
178 }
179
180 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
181
182
183 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
184 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
185 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
186
187 void Search::think() {
188
189   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
190
191   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
192   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
193   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
194
195   if (RootMoves.empty())
196   {
197       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
198       sync_cout << "info depth 0 score "
199                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
200                 << sync_endl;
201
202       goto finalize;
203   }
204
205   if (Options["Write Search Log"])
206   {
207       Log log(Options["Search Log Filename"]);
208       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
209           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
210           << " ponder: "      << Limits.ponder
211           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
212           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
213           << " moves to go: " << Limits.movestogo
214           << "\n" << std::endl;
215   }
216
217   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
218   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
219       Threads[i]->maxPly = 0;
220
221   Threads.timer->run = true;
222   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
223
224   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
225
226   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
227
228   if (Options["Write Search Log"])
229   {
230       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
231
232       Log log(Options["Search Log Filename"]);
233       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
234           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
235           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
236
237       StateInfo st;
238       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
239       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
240       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
241   }
242
243 finalize:
244
245   // When search is stopped this info is not printed
246   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
247             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
248
249   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
250   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
251   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
252   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
253   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
254   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
255   {
256       Signals.stopOnPonderhit = true;
257       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
258   }
259
260   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
261   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
262             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
263             << sync_endl;
264 }
265
266
267 namespace {
268
269   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
270   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
271   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
272
273   void id_loop(Position& pos) {
274
275     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
276     int depth;
277     Value bestValue, alpha, beta, delta;
278
279     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
280
281     depth = 0;
282     BestMoveChanges = 0;
283     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
284     beta = VALUE_INFINITE;
285
286     TT.new_search();
287     History.clear();
288     Gains.clear();
289     Countermoves.clear();
290     Followupmoves.clear();
291
292     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
293     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
294
295     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
296     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
297     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
298
299     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
300     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
301     {
302         // Age out PV variability metric
303         BestMoveChanges *= 0.5;
304
305         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
306         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
307         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
308             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
309
310         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
311         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
312         {
313             // Reset aspiration window starting size
314             if (depth >= 5)
315             {
316                 delta = Value(16);
317                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
318                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
319             }
320
321             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
322             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
323             // high/low anymore.
324             while (true)
325             {
326                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
327
328                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
329                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
330                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
331                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
332                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
333                 // search the already searched PV lines are preserved.
334                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
335
336                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
337                 // entries have been overwritten during the search.
338                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
339                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
340
341                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
342                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
343                 // valid, although it refers to previous iteration.
344                 if (Signals.stop)
345                     break;
346
347                 // When failing high/low give some update (without cluttering
348                 // the UI) before a re-search.
349                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
350                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
351                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
352
353                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
354                 // re-search, otherwise exit the loop.
355                 if (bestValue <= alpha)
356                 {
357                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
358
359                     Signals.failedLowAtRoot = true;
360                     Signals.stopOnPonderhit = false;
361                 }
362                 else if (bestValue >= beta)
363                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
364
365                 else
366                     break;
367
368                 delta += 3 * delta / 8;
369
370                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
371             }
372
373             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
374             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
375
376             if (PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size()) || Time::now() - SearchTime > 3000)
377                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378         }
379
380         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
381         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
382             skill.pick_move();
383
384         if (Options["Write Search Log"])
385         {
386             RootMove& rm = RootMoves[0];
387             if (skill.best != MOVE_NONE)
388                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
389
390             Log log(Options["Search Log Filename"]);
391             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
392                 << std::endl;
393         }
394
395         // Have we found a "mate in x"?
396         if (   Limits.mate
397             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
398             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
399             Signals.stop = true;
400
401         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
402         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
403         {
404             // Take some extra time if the best move has changed
405             if (depth > 4 && multiPV == 1)
406                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
407
408             // Stop the search if only one legal move is available or all
409             // of the available time has been used.
410             if (   RootMoves.size() == 1
411                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
412             {
413                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
414                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
415                 if (Limits.ponder)
416                     Signals.stopOnPonderhit = true;
417                 else
418                     Signals.stop = true;
419             }
420         }
421     }
422   }
423
424
425   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
426   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
427   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
428   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
429   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
430   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
431
432   template <NodeType NT, bool SpNode>
433   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
434
435     const bool RootNode = NT == Root;
436     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
437
438     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
439     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
440     assert(depth > DEPTH_ZERO);
441
442     Move quietsSearched[64];
443     StateInfo st;
444     const TTEntry *tte;
445     SplitPoint* splitPoint;
446     Key posKey;
447     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
448     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
449     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
450     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
451     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
452     int moveCount, quietCount;
453
454     // Step 1. Initialize node
455     Thread* thisThread = pos.this_thread();
456     inCheck = pos.checkers();
457
458     if (SpNode)
459     {
460         splitPoint = ss->splitPoint;
461         bestMove   = splitPoint->bestMove;
462         bestValue  = splitPoint->bestValue;
463         tte = NULL;
464         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
465         ttValue = VALUE_NONE;
466
467         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
468
469         goto moves_loop;
470     }
471
472     moveCount = quietCount = 0;
473     bestValue = -VALUE_INFINITE;
474     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
475     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
476     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
477     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
478
479     // Used to send selDepth info to GUI
480     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
481         thisThread->maxPly = ss->ply;
482
483     if (!RootNode)
484     {
485         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
486         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
487             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
488
489         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
490         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
491         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
492         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
493         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
494         // mate. In this case return a fail-high score.
495         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
496         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
497         if (alpha >= beta)
498             return alpha;
499     }
500
501     // Step 4. Transposition table lookup
502     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
503     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
504     excludedMove = ss->excludedMove;
505     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
506     tte = TT.probe(posKey);
507     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
508     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
509
510     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
511     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
512     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
513     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
514     if (   !RootNode
515         && tte
516         && tte->depth() >= depth
517         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
518         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
519             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
520                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
521     {
522         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
523
524         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
525         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
526             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
527
528         return ttValue;
529     }
530
531     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
532     if (inCheck)
533     {
534         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
535         goto moves_loop;
536     }
537
538     else if (tte)
539     {
540         // Never assume anything on values stored in TT
541         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
542             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
543
544         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
545         if (ttValue != VALUE_NONE)
546             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
547                 eval = ttValue;
548     }
549     else
550     {
551         eval = ss->staticEval =
552         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
553
554         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
555     }
556
557     if (   !pos.captured_piece_type()
558         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
559         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
560         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
561         &&  move != MOVE_NONE
562         &&  type_of(move) == NORMAL)
563     {
564         Square to = to_sq(move);
565         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
566     }
567
568     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
569     if (   !PvNode
570         &&  depth < 4 * ONE_PLY
571         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
572         &&  ttMove == MOVE_NONE
573         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
574     {
575         if (   depth <= ONE_PLY
576             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
577             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
578
579         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
580         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
581         if (v <= ralpha)
582             return v;
583     }
584
585     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
586     if (   !PvNode
587         && !ss->skipNullMove
588         &&  depth < 7 * ONE_PLY
589         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
590         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
591         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
592         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
593         return eval - futility_margin(depth);
594
595     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
596     if (   !PvNode
597         && !ss->skipNullMove
598         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
599         &&  eval >= beta
600         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
601     {
602         ss->currentMove = MOVE_NULL;
603
604         assert(eval - beta >= 0);
605
606         // Null move dynamic reduction based on depth and value
607         Depth R =  3 * ONE_PLY
608                  + depth / 4
609                  + (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN ? int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY
610                                                 : DEPTH_ZERO);
611
612         pos.do_null_move(st);
613         (ss+1)->skipNullMove = true;
614         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
615                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
616         (ss+1)->skipNullMove = false;
617         pos.undo_null_move();
618
619         if (nullValue >= beta)
620         {
621             // Do not return unproven mate scores
622             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
623                 nullValue = beta;
624
625             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
626                 return nullValue;
627
628             // Do verification search at high depths
629             ss->skipNullMove = true;
630             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
631                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
632             ss->skipNullMove = false;
633
634             if (v >= beta)
635                 return nullValue;
636         }
637     }
638
639     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
640     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
641     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
642     // prune the previous move.
643     if (   !PvNode
644         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
645         && !ss->skipNullMove
646         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
647     {
648         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
649         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
650
651         assert(rdepth >= ONE_PLY);
652         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
653         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
654
655         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
656         CheckInfo ci(pos);
657
658         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
659             if (pos.legal(move, ci.pinned))
660             {
661                 ss->currentMove = move;
662                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
663                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
664                 pos.undo_move(move);
665                 if (value >= rbeta)
666                     return value;
667             }
668     }
669
670     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
671     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
672         && !ttMove
673         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
674     {
675         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
676
677         ss->skipNullMove = true;
678         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
679         ss->skipNullMove = false;
680
681         tte = TT.probe(posKey);
682         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
683     }
684
685 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
686
687     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
688     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
689                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
690
691     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
692     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
693                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
694
695     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
696     CheckInfo ci(pos);
697     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
698     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
699                || ss->staticEval == VALUE_NONE
700                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
701
702     singularExtensionNode =   !RootNode
703                            && !SpNode
704                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
705                            &&  abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN
706                            &&  ttMove != MOVE_NONE
707                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
708                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
709                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
710                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
711                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
712
713     // Step 11. Loop through moves
714     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
715     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
716     {
717       assert(is_ok(move));
718
719       if (move == excludedMove)
720           continue;
721
722       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
723       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
724       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
725       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
726           continue;
727
728       if (SpNode)
729       {
730           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
731           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
732               continue;
733
734           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
735           splitPoint->mutex.unlock();
736       }
737       else
738           ++moveCount;
739
740       if (RootNode)
741       {
742           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
743
744           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
745               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
746                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
747                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
748       }
749
750       ext = DEPTH_ZERO;
751       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
752
753       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
754                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
755                   : pos.gives_check(move, ci);
756
757       dangerous =   givesCheck
758                  || type_of(move) != NORMAL
759                  || pos.advanced_pawn_push(move);
760
761       // Step 12. Extend checks
762       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
763           ext = ONE_PLY;
764
765       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
766       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
767       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
768       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
769       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
770       if (    singularExtensionNode
771           &&  move == ttMove
772           && !ext
773           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
774       {
775           Value rBeta = ttValue - int(depth);
776           ss->excludedMove = move;
777           ss->skipNullMove = true;
778           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
779           ss->skipNullMove = false;
780           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
781
782           if (value < rBeta)
783               ext = ONE_PLY;
784       }
785
786       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
787       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
788
789       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
790       if (   !PvNode
791           && !captureOrPromotion
792           && !inCheck
793           && !dangerous
794        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
795           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
796       {
797           // Move count based pruning
798           if (   depth < 16 * ONE_PLY
799               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
800           {
801               if (SpNode)
802                   splitPoint->mutex.lock();
803
804               continue;
805           }
806
807           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
808
809           // Futility pruning: parent node
810           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
811           {
812               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
813                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
814
815               if (futilityValue <= alpha)
816               {
817                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
818
819                   if (SpNode)
820                   {
821                       splitPoint->mutex.lock();
822                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
823                           splitPoint->bestValue = bestValue;
824                   }
825                   continue;
826               }
827           }
828
829           // Prune moves with negative SEE at low depths
830           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
831           {
832               if (SpNode)
833                   splitPoint->mutex.lock();
834
835               continue;
836           }
837       }
838
839       // Check for legality just before making the move
840       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
841       {
842           moveCount--;
843           continue;
844       }
845
846       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
847       ss->currentMove = move;
848       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
849           quietsSearched[quietCount++] = move;
850
851       // Step 14. Make the move
852       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
853
854       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
855       // re-searched at full depth.
856       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
857           && !pvMove
858           && !captureOrPromotion
859           &&  move != ttMove
860           &&  move != ss->killers[0]
861           &&  move != ss->killers[1])
862       {
863           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
864
865           if (!PvNode && cutNode)
866               ss->reduction += ONE_PLY;
867
868           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
869               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
870
871           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
872               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
873
874           // Decrease reduction for moves that escape a capture
875           if (   ss->reduction
876               && type_of(move) == NORMAL
877               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
878               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
879               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
880
881           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
882           if (SpNode)
883               alpha = splitPoint->alpha;
884
885           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
886
887           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
888           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
889           {
890               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
891               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
892           }
893
894           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
895           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
896       }
897       else
898           doFullDepthSearch = !pvMove;
899
900       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
901       if (doFullDepthSearch)
902       {
903           if (SpNode)
904               alpha = splitPoint->alpha;
905
906           value = newDepth < ONE_PLY ?
907                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
908                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
909                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
910       }
911
912       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
913       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
914       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
915       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
916           value = newDepth < ONE_PLY ?
917                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
918                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
919                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
920       // Step 17. Undo move
921       pos.undo_move(move);
922
923       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
924
925       // Step 18. Check for new best move
926       if (SpNode)
927       {
928           splitPoint->mutex.lock();
929           bestValue = splitPoint->bestValue;
930           alpha = splitPoint->alpha;
931       }
932
933       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
934       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
935       // updating best move, PV and TT.
936       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
937           return VALUE_ZERO;
938
939       if (RootNode)
940       {
941           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
942
943           // PV move or new best move ?
944           if (pvMove || value > alpha)
945           {
946               rm.score = value;
947               rm.extract_pv_from_tt(pos);
948
949               // We record how often the best move has been changed in each
950               // iteration. This information is used for time management: When
951               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
952               if (!pvMove)
953                   ++BestMoveChanges;
954           }
955           else
956               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
957               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
958               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
959               rm.score = -VALUE_INFINITE;
960       }
961
962       if (value > bestValue)
963       {
964           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
965
966           if (value > alpha)
967           {
968               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
969
970               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
971                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
972               else
973               {
974                   assert(value >= beta); // Fail high
975
976                   if (SpNode)
977                       splitPoint->cutoff = true;
978
979                   break;
980               }
981           }
982       }
983
984       // Step 19. Check for splitting the search
985       if (   !SpNode
986           &&  Threads.size() >= 2
987           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
988           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
989                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
990           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
991       {
992           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
993
994           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
995                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
996
997           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
998               return VALUE_ZERO;
999
1000           if (bestValue >= beta)
1001               break;
1002       }
1003     }
1004
1005     if (SpNode)
1006         return bestValue;
1007
1008     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1009     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1010     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1011     /*
1012        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1013         return VALUE_DRAW;
1014     */
1015
1016     // Step 20. Check for mate and stalemate
1017     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1018     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1019     // return a fail low score.
1020     if (!moveCount)
1021         bestValue = excludedMove ? alpha
1022                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1023
1024     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1025     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1026         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
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     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1034
1035     return bestValue;
1036   }
1037
1038
1039   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1040   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1041   // less than ONE_PLY).
1042
1043   template <NodeType NT, bool InCheck>
1044   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1045
1046     const bool PvNode = NT == PV;
1047
1048     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1049     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1050     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1051     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1052     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1053
1054     StateInfo st;
1055     const TTEntry* tte;
1056     Key posKey;
1057     Move ttMove, move, bestMove;
1058     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1059     bool givesCheck, evasionPrunable;
1060     Depth ttDepth;
1061
1062     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1063     if (PvNode)
1064         oldAlpha = alpha;
1065
1066     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1067     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1068
1069     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1070     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1071         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1072
1073     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1074     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1075     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1076     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1077                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1078
1079     // Transposition table lookup
1080     posKey = pos.key();
1081     tte = TT.probe(posKey);
1082     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1083     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1084
1085     if (   tte
1086         && tte->depth() >= ttDepth
1087         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1088         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1089             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1090                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1091     {
1092         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1093         return ttValue;
1094     }
1095
1096     // Evaluate the position statically
1097     if (InCheck)
1098     {
1099         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1100         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1101     }
1102     else
1103     {
1104         if (tte)
1105         {
1106             // Never assume anything on values stored in TT
1107             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1108                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1109
1110             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1111             if (ttValue != VALUE_NONE)
1112                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1113                     bestValue = ttValue;
1114         }
1115         else
1116             ss->staticEval = bestValue =
1117             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1118
1119         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1120         if (bestValue >= beta)
1121         {
1122             if (!tte)
1123                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1124                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1125
1126             return bestValue;
1127         }
1128
1129         if (PvNode && bestValue > alpha)
1130             alpha = bestValue;
1131
1132         futilityBase = bestValue + 128;
1133     }
1134
1135     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1136     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1137     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1138     // be generated.
1139     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1140     CheckInfo ci(pos);
1141
1142     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1143     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1144     {
1145       assert(is_ok(move));
1146
1147       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1148                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1149                   : pos.gives_check(move, ci);
1150
1151       // Futility pruning
1152       if (   !PvNode
1153           && !InCheck
1154           && !givesCheck
1155           &&  move != ttMove
1156           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1157           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1158       {
1159           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1160
1161           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1162
1163           if (futilityValue < beta)
1164           {
1165               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1166               continue;
1167           }
1168
1169           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1170           {
1171               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1172               continue;
1173           }
1174       }
1175
1176       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1177       evasionPrunable =    InCheck
1178                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1179                        && !pos.capture(move)
1180                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1181
1182       // Don't search moves with negative SEE values
1183       if (   !PvNode
1184           && (!InCheck || evasionPrunable)
1185           &&  move != ttMove
1186           &&  type_of(move) != PROMOTION
1187           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1188           continue;
1189
1190       // Check for legality just before making the move
1191       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1192           continue;
1193
1194       ss->currentMove = move;
1195
1196       // Make and search the move
1197       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1198       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1199                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1200       pos.undo_move(move);
1201
1202       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1203
1204       // Check for new best move
1205       if (value > bestValue)
1206       {
1207           bestValue = value;
1208
1209           if (value > alpha)
1210           {
1211               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1212               {
1213                   alpha = value;
1214                   bestMove = move;
1215               }
1216               else // Fail high
1217               {
1218                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1219                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1220
1221                   return value;
1222               }
1223           }
1224        }
1225     }
1226
1227     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1228     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1229     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1230         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1231
1232     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1233              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1234              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1235
1236     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1237
1238     return bestValue;
1239   }
1240
1241
1242   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1243   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1244   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1245
1246   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1247
1248     assert(v != VALUE_NONE);
1249
1250     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1251           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1252   }
1253
1254
1255   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1256   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1257   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1258
1259   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1260
1261     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1262           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1263           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1264   }
1265
1266
1267   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1268   // of a quiet move.
1269
1270   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1271
1272     if (ss->killers[0] != move)
1273     {
1274         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1275         ss->killers[0] = move;
1276     }
1277
1278     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1279     // played quiet moves.
1280     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1281     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1282     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1283     {
1284         Move m = quiets[i];
1285         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1286     }
1287
1288     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1289     {
1290         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1291         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1292     }
1293
1294     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1295     {
1296         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1297         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1298     }
1299   }
1300
1301
1302   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1303   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1304
1305   Move Skill::pick_move() {
1306
1307     static RKISS rk;
1308
1309     // PRNG sequence should be not deterministic
1310     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1311         rk.rand<unsigned>();
1312
1313     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1314     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1315     int weakness = 120 - 2 * level;
1316     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1317     best = MOVE_NONE;
1318
1319     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1320     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1321     // then we choose the move with the resulting highest score.
1322     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1323     {
1324         int s = RootMoves[i].score;
1325
1326         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1327         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1328             break;
1329
1330         // This is our magic formula
1331         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1332               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1333
1334         if (s > max_s)
1335         {
1336             max_s = s;
1337             best = RootMoves[i].pv[0];
1338         }
1339     }
1340     return best;
1341   }
1342
1343
1344   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1345   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1346   // search score.
1347
1348   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1349
1350     std::stringstream ss;
1351     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1352     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1353     int selDepth = 0;
1354
1355     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1356         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1357             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1358
1359     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1360     {
1361         bool updated = (i <= PVIdx);
1362
1363         if (depth == 1 && !updated)
1364             continue;
1365
1366         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1367         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1368
1369         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1370             ss << "\n";
1371
1372         ss << "info depth " << d
1373            << " seldepth "  << selDepth
1374            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1375            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1376            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1377            << " time "      << elapsed
1378            << " multipv "   << i + 1
1379            << " pv";
1380
1381         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1382             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1383     }
1384
1385     return ss.str();
1386   }
1387
1388 } // namespace
1389
1390
1391 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1392 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1393 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1394 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1395
1396 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1397
1398   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1399   const TTEntry* tte;
1400   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1401   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1402   Value expectedScore = score;
1403
1404   pv.clear();
1405
1406   do {
1407       pv.push_back(m);
1408
1409       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1410
1411       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1412       tte = TT.probe(pos.key());
1413       expectedScore = -expectedScore;
1414
1415   } while (   tte
1416            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
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 - 1]);
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 idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1437
1438   do {
1439       tte = TT.probe(pos.key());
1440
1441       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1442           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1443
1444       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1445
1446       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1447
1448   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1449
1450   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
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 || 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.none())
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           if (sp->nodeType == NonPV)
1522               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else if (sp->nodeType == PV)
1525               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526
1527           else if (sp->nodeType == Root)
1528               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1529
1530           else
1531               assert(false);
1532
1533           assert(searching);
1534
1535           searching = false;
1536           activePosition = NULL;
1537           sp->slavesMask.reset(idx);
1538           sp->allSlavesSearching = false;
1539           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1540
1541           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1542           // loop in case we are the last slave of the split point.
1543           if (    this != sp->masterThread
1544               &&  sp->slavesMask.none())
1545           {
1546               assert(!sp->masterThread->searching);
1547               sp->masterThread->notify_one();
1548           }
1549
1550           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1551           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1552           // the sp master.
1553           sp->mutex.unlock();
1554
1555           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1556           // already finished.
1557           if (Threads.size() > 2)
1558               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1559               {
1560                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1561                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1562
1563                   if (   sp
1564                       && sp->allSlavesSearching
1565                       && available_to(Threads[i]))
1566                   {
1567                       // Recheck the conditions under lock protection
1568                       Threads.mutex.lock();
1569                       sp->mutex.lock();
1570
1571                       if (   sp->allSlavesSearching
1572                           && available_to(Threads[i]))
1573                       {
1574                            sp->slavesMask.set(idx);
1575                            activeSplitPoint = sp;
1576                            searching = true;
1577                       }
1578
1579                       sp->mutex.unlock();
1580                       Threads.mutex.unlock();
1581
1582                       break; // Just a single attempt
1583                   }
1584               }
1585       }
1586
1587       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1588       // their work at this split point, return from the idle loop.
1589       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1590       {
1591           this_sp->mutex.lock();
1592           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1593           this_sp->mutex.unlock();
1594           if (finished)
1595               return;
1596       }
1597   }
1598 }
1599
1600
1601 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1602 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1603 /// available time and thus stop the search.
1604
1605 void check_time() {
1606
1607   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1608   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1609
1610   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1611   {
1612       lastInfoTime = Time::now();
1613       dbg_print();
1614   }
1615
1616   if (Limits.ponder)
1617       return;
1618
1619   if (Limits.nodes)
1620   {
1621       Threads.mutex.lock();
1622
1623       nodes = RootPos.nodes_searched();
1624
1625       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1626       // all the currently active positions nodes.
1627       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1628           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1629           {
1630               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1631
1632               sp.mutex.lock();
1633
1634               nodes += sp.nodes;
1635
1636               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1637                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1638                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1639
1640               sp.mutex.unlock();
1641           }
1642
1643       Threads.mutex.unlock();
1644   }
1645
1646   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1647   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1648                          && !Signals.failedLowAtRoot
1649                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1650
1651   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1652                    || stillAtFirstMove;
1653
1654   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1655       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1656       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1657       Signals.stop = true;
1658 }