Update stats at pv nodes
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 namespace Tablebases {
48
49   int Cardinality;
50   uint64_t Hits;
51   bool RootInTB;
52   bool UseRule50;
53   Depth ProbeDepth;
54   Value Score;
55 }
56
57 namespace TB = Tablebases;
58
59 using std::string;
60 using Eval::evaluate;
61 using namespace Search;
62
63 namespace {
64
65   // Different node types, used as template parameter
66   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
67
68   // Razoring and futility margin based on depth
69   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
70   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
71
72   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
73   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
74   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
75
76   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   // Skill struct is used to implement strength limiting
81   struct Skill {
82     Skill(int l) : level(l) {}
83     bool enabled() const { return level < 20; }
84     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
85     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
86     Move pick_best(size_t multiPV);
87
88     int level;
89     Move best = MOVE_NONE;
90   };
91
92   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
93   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
94   struct EasyMoveManager {
95
96     void clear() {
97       stableCnt = 0;
98       expectedPosKey = 0;
99       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
100     }
101
102     Move get(Key key) const {
103       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
104     }
105
106     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
107
108       assert(newPv.size() >= 3);
109
110       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
111       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
112
113       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
114       {
115           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
116
117           StateInfo st[2];
118           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
119           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
120           expectedPosKey = pos.key();
121           pos.undo_move(newPv[1]);
122           pos.undo_move(newPv[0]);
123       }
124     }
125
126     int stableCnt;
127     Key expectedPosKey;
128     Move pv[3];
129   };
130
131   size_t PVIdx;
132   EasyMoveManager EasyMove;
133   double BestMoveChanges;
134   Value DrawValue[COLOR_NB];
135   HistoryStats History;
136   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
137   GainsStats Gains;
138   MovesStats Countermoves;
139
140   template <NodeType NT, bool SpNode>
141   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
142
143   template <NodeType NT, bool InCheck>
144   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
145
146   void id_loop(Position& pos);
147   Value value_to_tt(Value v, int ply);
148   Value value_from_tt(Value v, int ply);
149   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
150   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
160
161   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
162       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
163           for (int d = 1; d < 64; ++d)
164               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
165               {
166                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
167
168                   if (r >= 1.5)
169                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
170
171                   // Increase reduction when eval is not improving
172                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
173                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
174               }
175
176   for (int d = 0; d < 16; ++d)
177   {
178       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
179       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
180   }
181 }
182
183
184 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
185 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
186 template<bool Root>
187 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
188
189   StateInfo st;
190   uint64_t cnt, nodes = 0;
191   CheckInfo ci(pos);
192   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
193
194   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
195   {
196       if (Root && depth <= ONE_PLY)
197           cnt = 1, nodes++;
198       else
199       {
200           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
201           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
202           nodes += cnt;
203           pos.undo_move(m);
204       }
205       if (Root)
206           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
207   }
208   return nodes;
209 }
210
211 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
212
213
214 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
215 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
216 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
217
218 void Search::think() {
219
220   Color us = RootPos.side_to_move();
221   Time.init(Limits, us, RootPos.game_ply(), now());
222
223   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
224   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
225   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
226
227   TB::Hits = 0;
228   TB::RootInTB = false;
229   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
230   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
231   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
232
233   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
234   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
235   {
236       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
237       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
238   }
239
240   if (RootMoves.empty())
241   {
242       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
243       sync_cout << "info depth 0 score "
244                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
245                 << sync_endl;
246   }
247   else
248   {
249       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
250                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
251       {
252           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
253           // contains only moves that preserve the draw or win.
254           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
255
256           if (TB::RootInTB)
257               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
258
259           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
260           {
261               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
262               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
263
264               // Only probe during search if winning
265               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
266                   TB::Cardinality = 0;
267           }
268
269           if (TB::RootInTB)
270           {
271               TB::Hits = RootMoves.size();
272
273               if (!TB::UseRule50)
274                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
275                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
276                                                       :  VALUE_DRAW;
277           }
278       }
279
280       for (Thread* th : Threads)
281       {
282           th->maxPly = 0;
283           th->notify_one(); // Wake up all the threads
284       }
285
286       Threads.timer->run = true;
287       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
288
289       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
290
291       Threads.timer->run = false;
292   }
293
294   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
295   // the available ones before to exit.
296   if (Limits.npmsec)
297       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - RootPos.nodes_searched();
298
299   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
300   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
301   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
302   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
303   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
304   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
305   {
306       Signals.stopOnPonderhit = true;
307       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
308   }
309
310   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
311
312   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
313       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
314
315   std::cout << sync_endl;
316 }
317
318
319 namespace {
320
321   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
322   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
323   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
324
325   void id_loop(Position& pos) {
326
327     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
328     Depth depth;
329     Value bestValue, alpha, beta, delta;
330
331     Move easyMove = EasyMove.get(pos.key());
332     EasyMove.clear();
333
334     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
335
336     depth = DEPTH_ZERO;
337     BestMoveChanges = 0;
338     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
339     beta = VALUE_INFINITE;
340
341     TT.new_search();
342     History.clear();
343     CounterMovesHistory.clear();
344     Gains.clear();
345     Countermoves.clear();
346
347     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
348     Skill skill(Options["Skill Level"]);
349
350     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
351     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
352     if (skill.enabled())
353         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
354
355     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
356
357     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
358     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
359     {
360         // Age out PV variability metric
361         BestMoveChanges *= 0.5;
362
363         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
364         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
365         for (RootMove& rm : RootMoves)
366             rm.previousScore = rm.score;
367
368         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
369         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
370         {
371             // Reset aspiration window starting size
372             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
373             {
374                 delta = Value(16);
375                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
376                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
377             }
378
379             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
380             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
381             // high/low anymore.
382             while (true)
383             {
384                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
385
386                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
387                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
388                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
389                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
390                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
391                 // search the already searched PV lines are preserved.
392                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
393
394                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
395                 // entries have been overwritten during the search.
396                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
397                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
398
399                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
400                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
401                 // valid, although it refers to previous iteration.
402                 if (Signals.stop)
403                     break;
404
405                 // When failing high/low give some update (without cluttering
406                 // the UI) before a re-search.
407                 if (   multiPV == 1
408                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
409                     && Time.elapsed() > 3000)
410                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
411
412                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
413                 // re-search, otherwise exit the loop.
414                 if (bestValue <= alpha)
415                 {
416                     beta = (alpha + beta) / 2;
417                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
418
419                     Signals.failedLowAtRoot = true;
420                     Signals.stopOnPonderhit = false;
421                 }
422                 else if (bestValue >= beta)
423                 {
424                     alpha = (alpha + beta) / 2;
425                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
426                 }
427                 else
428                     break;
429
430                 delta += delta / 2;
431
432                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
433             }
434
435             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
436             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
437
438             if (Signals.stop)
439                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
440                           << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
441
442             else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
443                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
444         }
445
446         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
447         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
448             skill.pick_best(multiPV);
449
450         // Have we found a "mate in x"?
451         if (   Limits.mate
452             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
453             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
454             Signals.stop = true;
455
456         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
457         if (Limits.use_time_management())
458         {
459             if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
460             {
461                 // Take some extra time if the best move has changed
462                 if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
463                     Time.pv_instability(BestMoveChanges);
464
465                 // Stop the search if only one legal move is available or all
466                 // of the available time has been used or we matched an easyMove
467                 // from the previous search and just did a fast verification.
468                 if (   RootMoves.size() == 1
469                     || Time.elapsed() > Time.available()
470                     || (   RootMoves[0].pv[0] == easyMove
471                         && BestMoveChanges < 0.03
472                         && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
473                 {
474                     // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
475                     // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
476                     if (Limits.ponder)
477                         Signals.stopOnPonderhit = true;
478                     else
479                         Signals.stop = true;
480                 }
481             }
482
483             if (RootMoves[0].pv.size() >= 3)
484                 EasyMove.update(pos, RootMoves[0].pv);
485             else
486                 EasyMove.clear();
487         }
488     }
489
490     // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
491     // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
492     if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
493         EasyMove.clear();
494
495     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
496     if (skill.enabled())
497         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
498                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
499   }
500
501
502   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
503   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
504   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
505   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
506   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
507   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
508
509   template <NodeType NT, bool SpNode>
510   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
511
512     const bool RootNode = NT == Root;
513     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
514
515     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
516     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
517     assert(depth > DEPTH_ZERO);
518
519     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
520     StateInfo st;
521     TTEntry* tte;
522     SplitPoint* splitPoint;
523     Key posKey;
524     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
525     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
526     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
527     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
528     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
529     int moveCount, quietCount;
530
531     // Step 1. Initialize node
532     Thread* thisThread = pos.this_thread();
533     inCheck = pos.checkers();
534
535     if (SpNode)
536     {
537         splitPoint = ss->splitPoint;
538         bestMove   = splitPoint->bestMove;
539         bestValue  = splitPoint->bestValue;
540         tte = nullptr;
541         ttHit = false;
542         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
543         ttValue = VALUE_NONE;
544
545         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
546
547         goto moves_loop;
548     }
549
550     moveCount = quietCount = 0;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
553
554     // Used to send selDepth info to GUI
555     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
556         thisThread->maxPly = ss->ply;
557
558     if (!RootNode)
559     {
560         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
561         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
562             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
563
564         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
565         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
566         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
567         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
568         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
569         // mate. In this case return a fail-high score.
570         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
571         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
572         if (alpha >= beta)
573             return alpha;
574     }
575
576     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
577
578     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
579     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
580     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
581
582     // Step 4. Transposition table lookup
583     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
584     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
585     excludedMove = ss->excludedMove;
586     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
587     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
588     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
589     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
590
591     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't prune at PV nodes
592     if (  !PvNode
593         && ttHit
594         && tte->depth() >= depth
595         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
596         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
597                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
598     {
599         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
600
601         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
602         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
603             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
604
605         return ttValue;
606     }
607
608     // Step 4a. Tablebase probe
609     if (!RootNode && TB::Cardinality)
610     {
611         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
612
613         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
614             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
615             &&  pos.rule50_count() == 0)
616         {
617             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
618
619             if (found)
620             {
621                 TB::Hits++;
622
623                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
624
625                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
626                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
627                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
628
629                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
630                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
631                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
632
633                 return value;
634             }
635         }
636     }
637
638     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
639     if (inCheck)
640     {
641         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
642         goto moves_loop;
643     }
644
645     else if (ttHit)
646     {
647         // Never assume anything on values stored in TT
648         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
649             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
650
651         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
652         if (ttValue != VALUE_NONE)
653             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
654                 eval = ttValue;
655     }
656     else
657     {
658         eval = ss->staticEval =
659         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
660
661         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
662     }
663
664     if (ss->skipEarlyPruning)
665         goto moves_loop;
666
667     if (   !pos.captured_piece_type()
668         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
669         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
670         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
671         &&  move != MOVE_NONE
672         &&  type_of(move) == NORMAL)
673     {
674         Square to = to_sq(move);
675         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
676     }
677
678     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
679     if (   !PvNode
680         &&  depth < 4 * ONE_PLY
681         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
682         &&  ttMove == MOVE_NONE
683         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
684     {
685         if (   depth <= ONE_PLY
686             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
687             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
688
689         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
690         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
691         if (v <= ralpha)
692             return v;
693     }
694
695     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
696     if (   !RootNode
697         &&  depth < 7 * ONE_PLY
698         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
699         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
700         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
701         return eval - futility_margin(depth);
702
703     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
704     if (   !PvNode
705         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
706         &&  eval >= beta
707         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
708     {
709         ss->currentMove = MOVE_NULL;
710
711         assert(eval - beta >= 0);
712
713         // Null move dynamic reduction based on depth and value
714         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
715
716         pos.do_null_move(st);
717         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
718         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
719                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
720         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
721         pos.undo_null_move();
722
723         if (nullValue >= beta)
724         {
725             // Do not return unproven mate scores
726             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
727                 nullValue = beta;
728
729             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
730                 return nullValue;
731
732             // Do verification search at high depths
733             ss->skipEarlyPruning = true;
734             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
735                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
736             ss->skipEarlyPruning = false;
737
738             if (v >= beta)
739                 return nullValue;
740         }
741     }
742
743     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
744     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
745     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
746     // prune the previous move.
747     if (   !PvNode
748         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
749         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
750     {
751         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
752         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
753
754         assert(rdepth >= ONE_PLY);
755         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
756         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
757
758         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, pos.captured_piece_type());
759         CheckInfo ci(pos);
760
761         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
762             if (pos.legal(move, ci.pinned))
763             {
764                 ss->currentMove = move;
765                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
766                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
767                 pos.undo_move(move);
768                 if (value >= rbeta)
769                     return value;
770             }
771     }
772
773     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
774     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
775         && !ttMove
776         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
777     {
778         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
779         ss->skipEarlyPruning = true;
780         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
781         ss->skipEarlyPruning = false;
782
783         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
784         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
785     }
786
787 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
788
789     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
790     Move countermove = Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq];
791
792     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermove, ss);
793     CheckInfo ci(pos);
794     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
795     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
796                || ss->staticEval == VALUE_NONE
797                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
798
799     singularExtensionNode =   !RootNode
800                            && !SpNode
801                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
802                            &&  ttMove != MOVE_NONE
803                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
804                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
805                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
806                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
807                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
808
809     // Step 11. Loop through moves
810     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
811     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
812     {
813       assert(is_ok(move));
814
815       if (move == excludedMove)
816           continue;
817
818       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
819       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
820       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
821       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
822           continue;
823
824       if (SpNode)
825       {
826           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
827           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
828               continue;
829
830           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
831           splitPoint->spinlock.release();
832       }
833       else
834           ++moveCount;
835
836       if (RootNode)
837       {
838           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
839
840           if (thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
841               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
842                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
843                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
844       }
845
846       if (PvNode)
847           (ss+1)->pv = nullptr;
848
849       extension = DEPTH_ZERO;
850       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
851
852       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
853                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
854                   : pos.gives_check(move, ci);
855
856       dangerous =   givesCheck
857                  || type_of(move) != NORMAL
858                  || pos.advanced_pawn_push(move);
859
860       // Step 12. Extend checks
861       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
862           extension = ONE_PLY;
863
864       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
865       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
866       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
867       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
868       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
869       if (    singularExtensionNode
870           &&  move == ttMove
871           && !extension
872           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
873       {
874           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
875           ss->excludedMove = move;
876           ss->skipEarlyPruning = true;
877           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
878           ss->skipEarlyPruning = false;
879           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
880
881           if (value < rBeta)
882               extension = ONE_PLY;
883       }
884
885       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
886       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
887
888       // Step 13. Pruning at shallow depth
889       if (   !RootNode
890           && !captureOrPromotion
891           && !inCheck
892           && !dangerous
893           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
894       {
895           // Move count based pruning
896           if (   depth < 16 * ONE_PLY
897               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
898           {
899               if (SpNode)
900                   splitPoint->spinlock.acquire();
901
902               continue;
903           }
904
905           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
906
907           // Futility pruning: parent node
908           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
909           {
910               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
911                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
912
913               if (futilityValue <= alpha)
914               {
915                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
916
917                   if (SpNode)
918                   {
919                       splitPoint->spinlock.acquire();
920                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
921                           splitPoint->bestValue = bestValue;
922                   }
923                   continue;
924               }
925           }
926
927           // Prune moves with negative SEE at low depths
928           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
929           {
930               if (SpNode)
931                   splitPoint->spinlock.acquire();
932
933               continue;
934           }
935       }
936
937       // Speculative prefetch as early as possible
938       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
939
940       // Check for legality just before making the move
941       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
942       {
943           moveCount--;
944           continue;
945       }
946
947       ss->currentMove = move;
948
949       // Step 14. Make the move
950       pos.do_move(move, st, givesCheck);
951
952       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
953       // re-searched at full depth.
954       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
955           &&  moveCount > 1
956           && !captureOrPromotion
957           &&  move != ss->killers[0]
958           &&  move != ss->killers[1])
959       {
960           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
961
962           if (   (!PvNode && cutNode)
963               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
964               || (  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
965                   + CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq]
966                                        [pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO))
967               ss->reduction += ONE_PLY;
968
969           if (move == countermove)
970               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
971
972           // Decrease reduction for moves that escape a capture
973           if (   ss->reduction
974               && type_of(move) == NORMAL
975               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
976               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
977               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
978
979           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
980           if (SpNode)
981               alpha = splitPoint->alpha;
982
983           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
984
985           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
986           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
987           {
988               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
989               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
990           }
991
992           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
993           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
994       }
995       else
996           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
997
998       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
999       if (doFullDepthSearch)
1000       {
1001           if (SpNode)
1002               alpha = splitPoint->alpha;
1003
1004           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1005                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1006                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1007                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1008       }
1009
1010       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1011       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1012       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1013       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1014       {
1015           (ss+1)->pv = pv;
1016           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1017
1018           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1019                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1020                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1021                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1022       }
1023
1024       // Step 17. Undo move
1025       pos.undo_move(move);
1026
1027       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1028
1029       // Step 18. Check for new best move
1030       if (SpNode)
1031       {
1032           splitPoint->spinlock.acquire();
1033           bestValue = splitPoint->bestValue;
1034           alpha = splitPoint->alpha;
1035       }
1036
1037       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
1038       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
1039       // updating best move, PV and TT.
1040       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1041           return VALUE_ZERO;
1042
1043       if (RootNode)
1044       {
1045           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1046
1047           // PV move or new best move ?
1048           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1049           {
1050               rm.score = value;
1051               rm.pv.resize(1);
1052
1053               assert((ss+1)->pv);
1054
1055               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1056                   rm.pv.push_back(*m);
1057
1058               // We record how often the best move has been changed in each
1059               // iteration. This information is used for time management: When
1060               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1061               if (moveCount > 1)
1062                   ++BestMoveChanges;
1063           }
1064           else
1065               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1066               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1067               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1068               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1069       }
1070
1071       bool newBestMove = false;
1072       if (value > bestValue)
1073       {
1074           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1075
1076           if (value > alpha)
1077           {
1078               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1079               if (    PvNode
1080                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1081                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1082                   EasyMove.clear();
1083
1084               newBestMove = true;
1085               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1086
1087               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1088                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1089
1090               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1091                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1092               else
1093               {
1094                   assert(value >= beta); // Fail high
1095
1096                   if (SpNode)
1097                       splitPoint->cutoff = true;
1098
1099                   break;
1100               }
1101           }
1102       }
1103
1104       if (!SpNode && !captureOrPromotion && !newBestMove && quietCount < 64)
1105           quietsSearched[quietCount++] = move;
1106
1107       // Step 19. Check for splitting the search
1108       if (   !SpNode
1109           &&  Threads.size() >= 2
1110           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1111           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1112                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1113                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1114                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1115           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1116       {
1117           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1118
1119           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1120                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1121
1122           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1123               return VALUE_ZERO;
1124
1125           if (bestValue >= beta)
1126               break;
1127       }
1128     }
1129
1130     if (SpNode)
1131         return bestValue;
1132
1133     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1134     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1135     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1136     /*
1137        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1138         return VALUE_DRAW;
1139     */
1140
1141     // Step 20. Check for mate and stalemate
1142     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1143     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1144     // return a fail low score.
1145     if (!moveCount)
1146         bestValue = excludedMove ? alpha
1147                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1148
1149     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1150     else if (bestMove != MOVE_NONE && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1151         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1152
1153     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1154               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1155               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1156               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1157
1158     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1159
1160     return bestValue;
1161   }
1162
1163
1164   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1165   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1166   // less than ONE_PLY).
1167
1168   template <NodeType NT, bool InCheck>
1169   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1170
1171     const bool PvNode = NT == PV;
1172
1173     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1174     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1175     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1176     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1177     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1178
1179     Move pv[MAX_PLY+1];
1180     StateInfo st;
1181     TTEntry* tte;
1182     Key posKey;
1183     Move ttMove, move, bestMove;
1184     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1185     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1186     Depth ttDepth;
1187
1188     if (PvNode)
1189     {
1190         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1191         (ss+1)->pv = pv;
1192         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1193     }
1194
1195     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1196     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1197
1198     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1199     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1200         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1201
1202     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1203
1204     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1205     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1206     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1207     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1208                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1209
1210     // Transposition table lookup
1211     posKey = pos.key();
1212     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1213     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1214     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1215
1216     if (  !PvNode
1217         && ttHit
1218         && tte->depth() >= ttDepth
1219         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1220         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1221                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1222     {
1223         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1224         return ttValue;
1225     }
1226
1227     // Evaluate the position statically
1228     if (InCheck)
1229     {
1230         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1231         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1232     }
1233     else
1234     {
1235         if (ttHit)
1236         {
1237             // Never assume anything on values stored in TT
1238             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1239                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1240
1241             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1242             if (ttValue != VALUE_NONE)
1243                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1244                     bestValue = ttValue;
1245         }
1246         else
1247             ss->staticEval = bestValue =
1248             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1249
1250         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1251         if (bestValue >= beta)
1252         {
1253             if (!ttHit)
1254                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1255                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1256
1257             return bestValue;
1258         }
1259
1260         if (PvNode && bestValue > alpha)
1261             alpha = bestValue;
1262
1263         futilityBase = bestValue + 128;
1264     }
1265
1266     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1267     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1268     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1269     // be generated.
1270     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1271     CheckInfo ci(pos);
1272
1273     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1274     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1275     {
1276       assert(is_ok(move));
1277
1278       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1279                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1280                   : pos.gives_check(move, ci);
1281
1282       // Futility pruning
1283       if (   !InCheck
1284           && !givesCheck
1285           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1286           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1287       {
1288           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1289
1290           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1291
1292           if (futilityValue <= alpha)
1293           {
1294               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1295               continue;
1296           }
1297
1298           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1299           {
1300               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1301               continue;
1302           }
1303       }
1304
1305       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1306       evasionPrunable =    InCheck
1307                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1308                        && !pos.capture(move);
1309
1310       // Don't search moves with negative SEE values
1311       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1312           &&  type_of(move) != PROMOTION
1313           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1314           continue;
1315
1316       // Speculative prefetch as early as possible
1317       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1318
1319       // Check for legality just before making the move
1320       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1321           continue;
1322
1323       ss->currentMove = move;
1324
1325       // Make and search the move
1326       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1327       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1328                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1329       pos.undo_move(move);
1330
1331       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1332
1333       // Check for new best move
1334       if (value > bestValue)
1335       {
1336           bestValue = value;
1337
1338           if (value > alpha)
1339           {
1340               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1341                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1342
1343               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1344               {
1345                   alpha = value;
1346                   bestMove = move;
1347               }
1348               else // Fail high
1349               {
1350                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1351                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1352
1353                   return value;
1354               }
1355           }
1356        }
1357     }
1358
1359     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1360     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1361     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1362         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1363
1364     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1365               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1366               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1367
1368     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1369
1370     return bestValue;
1371   }
1372
1373
1374   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1375   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1376   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1377
1378   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1379
1380     assert(v != VALUE_NONE);
1381
1382     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1383           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1384   }
1385
1386
1387   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1388   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1389   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1390
1391   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1392
1393     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1394           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1395           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1396   }
1397
1398
1399   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1400
1401   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1402
1403     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1404         *pv++ = *childPv++;
1405     *pv = MOVE_NONE;
1406   }
1407
1408   // update_stats() updates killers, history, countermove history and countermoves stats for a quiet best move.
1409
1410   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1411
1412     if (ss->killers[0] != move)
1413     {
1414         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1415         ss->killers[0] = move;
1416     }
1417
1418     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1419
1420     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1421     HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1422
1423     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424
1425     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1426     {
1427         Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1428         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1429     }
1430
1431     // Decrease all the other played quiet moves
1432     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1433     {
1434         History.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1435
1436         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1437             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1438     }
1439
1440     // Extra penalty for TT move in previous ply when it gets refuted
1441     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1442     {
1443         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1444         HistoryStats& ttMoveCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1445         ttMoveCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * depth / ONE_PLY - 1);
1446     }
1447   }
1448
1449
1450   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1451   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1452
1453   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1454
1455     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1456     static PRNG rng(now());
1457
1458     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1459     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1460     int weakness = 120 - 2 * level;
1461     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1462
1463     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1464     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1465     // then we choose the move with the resulting highest score.
1466     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1467     {
1468         // This is our magic formula
1469         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1470                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1471
1472         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1473         {
1474             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1475             best = RootMoves[i].pv[0];
1476         }
1477     }
1478     return best;
1479   }
1480
1481 } // namespace
1482
1483
1484 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1485 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1486
1487 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1488
1489   std::stringstream ss;
1490   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1491   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1492   int selDepth = 0;
1493
1494   for (Thread* th : Threads)
1495       if (th->maxPly > selDepth)
1496           selDepth = th->maxPly;
1497
1498   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1499   {
1500       bool updated = (i <= PVIdx);
1501
1502       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1503           continue;
1504
1505       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1506       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1507
1508       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1509       v = tb ? TB::Score : v;
1510
1511       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1512           ss << "\n";
1513
1514       ss << "info"
1515          << " depth "    << d / ONE_PLY
1516          << " seldepth " << selDepth
1517          << " multipv "  << i + 1
1518          << " score "    << UCI::value(v);
1519
1520       if (!tb && i == PVIdx)
1521           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1522
1523       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1524          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1525
1526       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1527           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1528
1529       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1530          << " time "     << elapsed
1531          << " pv";
1532
1533       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1534           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1535   }
1536
1537   return ss.str();
1538 }
1539
1540
1541 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1542 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1543 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1544
1545 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1546
1547   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1548   bool ttHit;
1549
1550   for (Move m : pv)
1551   {
1552       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1553
1554       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1555
1556       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1557           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1558
1559       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1560   }
1561
1562   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1563       pos.undo_move(pv[--i]);
1564 }
1565
1566
1567 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1568 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1569 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1570 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1571
1572 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1573 {
1574     StateInfo st;
1575     bool ttHit;
1576
1577     assert(pv.size() == 1);
1578
1579     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1580     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1581     pos.undo_move(pv[0]);
1582
1583     if (ttHit)
1584     {
1585         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1586         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1587            return pv.push_back(m), true;
1588     }
1589
1590     return false;
1591 }
1592
1593
1594 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1595
1596 void Thread::idle_loop() {
1597
1598   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1599   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1600   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1601
1602   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1603
1604   while (!exit && !(this_sp && this_sp->slavesMask.none()))
1605   {
1606       // If this thread has been assigned work, launch a search
1607       while (searching)
1608       {
1609           spinlock.acquire();
1610
1611           assert(activeSplitPoint);
1612           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1613
1614           spinlock.release();
1615
1616           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1617           Position pos(*sp->pos, this);
1618
1619           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1620           ss->splitPoint = sp;
1621
1622           sp->spinlock.acquire();
1623
1624           assert(activePosition == nullptr);
1625
1626           activePosition = &pos;
1627
1628           if (sp->nodeType == NonPV)
1629               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1630
1631           else if (sp->nodeType == PV)
1632               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1633
1634           else if (sp->nodeType == Root)
1635               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1636
1637           else
1638               assert(false);
1639
1640           assert(searching);
1641
1642           searching = false;
1643           activePosition = nullptr;
1644           sp->slavesMask.reset(idx);
1645           sp->allSlavesSearching = false;
1646           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1647
1648           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1649           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1650           // the sp master.
1651           sp->spinlock.release();
1652
1653           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1654           // already finished.
1655           SplitPoint* bestSp = NULL;
1656           int minLevel = INT_MAX;
1657
1658           for (Thread* th : Threads)
1659           {
1660               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1661               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1662
1663               if (   sp
1664                   && sp->allSlavesSearching
1665                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1666                   && can_join(sp))
1667               {
1668                   assert(this != th);
1669                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1670                   assert(Threads.size() > 2);
1671
1672                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1673                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1674                   int level = 0;
1675                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1676                       level++;
1677
1678                   if (level < minLevel)
1679                   {
1680                       bestSp = sp;
1681                       minLevel = level;
1682                   }
1683               }
1684           }
1685
1686           if (bestSp)
1687           {
1688               sp = bestSp;
1689
1690               // Recheck the conditions under lock protection
1691               sp->spinlock.acquire();
1692
1693               if (   sp->allSlavesSearching
1694                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1695               {
1696                   spinlock.acquire();
1697
1698                   if (can_join(sp))
1699                   {
1700                       sp->slavesMask.set(idx);
1701                       activeSplitPoint = sp;
1702                       searching = true;
1703                   }
1704
1705                   spinlock.release();
1706               }
1707
1708               sp->spinlock.release();
1709           }
1710       }
1711
1712       // If search is finished then sleep, otherwise just yield
1713       if (!Threads.main()->thinking)
1714       {
1715           assert(!this_sp);
1716
1717           std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1718           while (!exit && !Threads.main()->thinking)
1719               sleepCondition.wait(lk);
1720       }
1721       else
1722           std::this_thread::yield(); // Wait for a new job or for our slaves to finish
1723   }
1724 }
1725
1726
1727 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1728 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1729 /// available time and thus stop the search.
1730
1731 void check_time() {
1732
1733   static TimePoint lastInfoTime = now();
1734   int elapsed = Time.elapsed();
1735
1736   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1737   {
1738       lastInfoTime = now();
1739       dbg_print();
1740   }
1741
1742   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1743   if (Limits.ponder)
1744       return;
1745
1746   if (Limits.use_time_management())
1747   {
1748       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1749                              && !Signals.failedLowAtRoot
1750                              &&  elapsed > Time.available() * 75 / 100;
1751
1752       if (   stillAtFirstMove
1753           || elapsed > Time.maximum() - 2 * TimerThread::Resolution)
1754           Signals.stop = true;
1755   }
1756   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1757       Signals.stop = true;
1758
1759   else if (Limits.nodes)
1760   {
1761       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1762
1763       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1764       // all the currently active positions nodes.
1765       // FIXME: Racy...
1766       for (Thread* th : Threads)
1767           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1768           {
1769               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1770
1771               sp.spinlock.acquire();
1772
1773               nodes += sp.nodes;
1774
1775               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1776                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1777                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1778
1779               sp.spinlock.release();
1780           }
1781
1782       if (nodes >= Limits.nodes)
1783           Signals.stop = true;
1784   }
1785 }