Inline common path of pos.gives_check
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 // Fast wrapper for common case of pos.gives_check()
55 #define FAST_GIVES_CHECK(pos, m, ci) \
56     ((type_of(m) == NORMAL && ci.dcCandidates == 0) \
57        ? (ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(m)))] & to_sq(m)) \
58            : pos.gives_check(m, ci))
59
60 namespace {
61
62   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
63   const bool FakeSplit = false;
64
65   // Different node types, used as template parameter
66   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
67
68   // Dynamic razoring margin based on depth
69   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
70
71   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
72   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
73
74   inline Value futility_margin(Depth d) {
75     return Value(100 * int(d));
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   double BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   HistoryStats History;
91   GainsStats Gains;
92   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
93
94   template <NodeType NT>
95   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
96
97   template <NodeType NT, bool InCheck>
98   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
99
100   void id_loop(Position& pos);
101   Value value_to_tt(Value v, int ply);
102   Value value_from_tt(Value v, int ply);
103   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
104   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
105
106   struct Skill {
107     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
108    ~Skill() {
109       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
110           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
111                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
112     }
113
114     bool enabled() const { return level < 20; }
115     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
116     Move pick_move();
117
118     int level;
119     Move best;
120   };
121
122 } // namespace
123
124
125 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
126
127 void Search::init() {
128
129   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
130   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
131   int mc; // moveCount
132
133   // Init reductions array
134   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
135   {
136       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
137       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
138       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
139       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140
141       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
142       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
143
144       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
145           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
146
147       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
148           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
149   }
150
151   // Init futility move count array
152   for (d = 0; d < 32; ++d)
153   {
154       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
155       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
156   }
157 }
158
159
160 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
161 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
162
163 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165   StateInfo st;
166   size_t cnt = 0;
167   CheckInfo ci(pos);
168   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
169
170   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
171   {
172       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
173       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
174       pos.undo_move(*it);
175   }
176   return cnt;
177 }
178
179 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
180   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
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   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
190
191   RootColor = RootPos.side_to_move();
192   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
193
194   if (RootMoves.empty())
195   {
196       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
197       sync_cout << "info depth 0 score "
198                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
199                 << sync_endl;
200
201       goto finalize;
202   }
203
204   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
205   {
206       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
207
208       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
209       {
210           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
211           goto finalize;
212       }
213   }
214
215   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
216   {
217       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
218       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
219       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
220       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
221   }
222   else
223       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
224
225   if (Options["Write Search Log"])
226   {
227       Log log(Options["Search Log Filename"]);
228       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
229           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
230           << " ponder: "      << Limits.ponder
231           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
232           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
233           << " moves to go: " << Limits.movestogo
234           << std::endl;
235   }
236
237   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
238   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
239       Threads[i]->maxPly = 0;
240
241   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
242   Threads.timer->run = true;
243   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
244
245   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
246
247   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
248   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
249
250   if (Options["Write Search Log"])
251   {
252       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
253
254       Log log(Options["Search Log Filename"]);
255       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
256           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
257           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
258
259       StateInfo st;
260       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
261       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
262       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
263   }
264
265 finalize:
266
267   // When search is stopped this info is not printed
268   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
269             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
270
271   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
272   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
273   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
274   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
275   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
276   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
277   {
278       Signals.stopOnPonderhit = true;
279       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
280   }
281
282   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
283   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
284             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
285             << sync_endl;
286 }
287
288
289 namespace {
290
291   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
292   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
293   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
294
295   void id_loop(Position& pos) {
296
297     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
298     int depth;
299     Value bestValue, alpha, beta, delta;
300
301     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
302     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
303
304     depth = 0;
305     BestMoveChanges = 0;
306     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
307     beta = VALUE_INFINITE;
308
309     TT.new_search();
310     History.clear();
311     Gains.clear();
312     Countermoves.clear();
313     Followupmoves.clear();
314
315     PVSize = Options["MultiPV"];
316     Skill skill(Options["Skill Level"]);
317
318     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
319     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
320     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
321         PVSize = 4;
322
323     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
324
325     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
326     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
327     {
328         // Age out PV variability metric
329         BestMoveChanges *= 0.8;
330
331         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
332         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
333         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
334             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
335
336         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
337         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
338         {
339             // Reset aspiration window starting size
340             if (depth >= 5)
341             {
342                 delta = Value(16);
343                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
344                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
345             }
346
347             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
348             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
349             // high/low anymore.
350             while (true)
351             {
352                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
353
354                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
355                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
356                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
357                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
358                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
359                 // search the already searched PV lines are preserved.
360                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
361
362                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
363                 // entries have been overwritten during the search.
364                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
365                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
366
367                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
368                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
369                 // valid, although it refers to previous iteration.
370                 if (Signals.stop)
371                     break;
372
373                 // When failing high/low give some update (without cluttering
374                 // the UI) before a re-search.
375                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
376                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
377                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
378
379                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
380                 // re-search, otherwise exit the loop.
381                 if (bestValue <= alpha)
382                 {
383                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
384
385                     Signals.failedLowAtRoot = true;
386                     Signals.stopOnPonderhit = false;
387                 }
388                 else if (bestValue >= beta)
389                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
390
391                 else
392                     break;
393
394                 delta += delta / 2;
395
396                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
397             }
398
399             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
400             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
401
402             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
403                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
404         }
405
406         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
407
408         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
409         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
410             skill.pick_move();
411
412         if (Options["Write Search Log"])
413         {
414             RootMove& rm = RootMoves[0];
415             if (skill.best != MOVE_NONE)
416                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
417
418             Log log(Options["Search Log Filename"]);
419             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
420                 << std::endl;
421         }
422
423         // Have we found a "mate in x"?
424         if (   Limits.mate
425             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
426             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
427             Signals.stop = true;
428
429         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
430         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
431         {
432             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
433
434             // Take some extra time if the best move has changed
435             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
436                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
437
438             // Stop the search if only one legal move is available or most
439             // of the available time has been used. We probably don't have
440             // enough time to search the first move at the next iteration anyway.
441             if (   RootMoves.size() == 1
442                 || IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
443                 stop = true;
444
445             if (stop)
446             {
447                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
448                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
449                 if (Limits.ponder)
450                     Signals.stopOnPonderhit = true;
451                 else
452                     Signals.stop = true;
453             }
454         }
455     }
456   }
457
458
459   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
460   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
461   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
462   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
463   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
464   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
465
466   template <NodeType NT>
467   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
468
469     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
470     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
471     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
472
473     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
474     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
475     assert(depth > DEPTH_ZERO);
476
477     Move quietsSearched[64];
478     StateInfo st;
479     const TTEntry *tte;
480     SplitPoint* splitPoint;
481     Key posKey;
482     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
483     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
484     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
485     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
486     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
487     int moveCount, quietCount;
488
489     // Step 1. Initialize node
490     Thread* thisThread = pos.this_thread();
491     inCheck = pos.checkers();
492
493     if (SpNode)
494     {
495         splitPoint = ss->splitPoint;
496         bestMove   = splitPoint->bestMove;
497         bestValue  = splitPoint->bestValue;
498         tte = NULL;
499         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
500         ttValue = VALUE_NONE;
501
502         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
503
504         goto moves_loop;
505     }
506
507     moveCount = quietCount = 0;
508     bestValue = -VALUE_INFINITE;
509     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
510     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
511     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
512     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
513
514     // Used to send selDepth info to GUI
515     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
516         thisThread->maxPly = ss->ply;
517
518     if (!RootNode)
519     {
520         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
521         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
522             return DrawValue[pos.side_to_move()];
523
524         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
525         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
526         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
527         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
528         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
529         // mate. In this case return a fail-high score.
530         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
531         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
532         if (alpha >= beta)
533             return alpha;
534     }
535
536     // Step 4. Transposition table lookup
537     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
538     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
539     excludedMove = ss->excludedMove;
540     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
541     tte = TT.probe(posKey);
542     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
543     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
544
545     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
546     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
547     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
548     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
549     if (   !RootNode
550         && tte
551         && tte->depth() >= depth
552         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
553         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
554             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
555                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
556     {
557         TT.refresh(tte);
558         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
559
560         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
561         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
562             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
563
564         return ttValue;
565     }
566
567     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
568     if (inCheck)
569     {
570         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
571         goto moves_loop;
572     }
573
574     else if (tte)
575     {
576         // Never assume anything on values stored in TT
577         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
578             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
579
580         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
581         if (ttValue != VALUE_NONE)
582             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
583                 eval = ttValue;
584     }
585     else
586     {
587         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
588         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
589     }
590
591     if (   !pos.captured_piece_type()
592         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
593         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
594         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
595         &&  type_of(move) == NORMAL)
596     {
597         Square to = to_sq(move);
598         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
599     }
600
601     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
602     if (   !PvNode
603         &&  depth < 4 * ONE_PLY
604         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
605         &&  ttMove == MOVE_NONE
606         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
607         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
608     {
609         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
610         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
611         if (v <= ralpha)
612             return v;
613     }
614
615     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
616     if (   !PvNode
617         && !ss->skipNullMove
618         &&  depth < 7 * ONE_PLY
619         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
620         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
621         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
622         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
623         return eval - futility_margin(depth);
624
625     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
626     if (   !PvNode
627         && !ss->skipNullMove
628         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
629         &&  eval >= beta
630         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
631         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
632     {
633         ss->currentMove = MOVE_NULL;
634
635         assert(eval - beta >= 0);
636
637         // Null move dynamic reduction based on depth and value
638         Depth R =  3 * ONE_PLY
639                  + depth / 4
640                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
641
642         pos.do_null_move(st);
643         (ss+1)->skipNullMove = true;
644         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
645                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
646         (ss+1)->skipNullMove = false;
647         pos.undo_null_move();
648
649         if (nullValue >= beta) // Do not return unproven mate scores
650             return nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY ? beta : nullValue;
651     }
652
653     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
654     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
655     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
656     // prune the previous move.
657     if (   !PvNode
658         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
659         && !ss->skipNullMove
660         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
661     {
662         Value rbeta = beta + 200;
663         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
664
665         assert(rdepth >= ONE_PLY);
666         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
667         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
668
669         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
670         CheckInfo ci(pos);
671
672         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
673             if (pos.legal(move, ci.pinned))
674             {
675                 ss->currentMove = move;
676                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
677                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
678                 pos.undo_move(move);
679                 if (value >= rbeta)
680                     return value;
681             }
682     }
683
684     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
685     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
686         && ttMove == MOVE_NONE
687         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
688     {
689         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
690
691         ss->skipNullMove = true;
692         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
693         ss->skipNullMove = false;
694
695         tte = TT.probe(posKey);
696         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
697     }
698
699 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
700
701     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
702     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
703                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
704
705     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
706     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
707                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
708
709     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
710     CheckInfo ci(pos);
711     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
712     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
713                || ss->staticEval == VALUE_NONE
714                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
715
716     singularExtensionNode =   !RootNode
717                            && !SpNode
718                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
719                            &&  ttMove != MOVE_NONE
720                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
721                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
722                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
723
724     // Step 11. Loop through moves
725     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
726     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
727     {
728       assert(is_ok(move));
729
730       if (move == excludedMove)
731           continue;
732
733       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
734       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
735       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
736       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
737           continue;
738
739       if (SpNode)
740       {
741           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
742           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
743               continue;
744
745           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
746           splitPoint->mutex.unlock();
747       }
748       else
749           ++moveCount;
750
751       if (RootNode)
752       {
753           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
754
755           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
756               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
757                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
758                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
759       }
760
761       ext = DEPTH_ZERO;
762       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
763       givesCheck = FAST_GIVES_CHECK(pos, move, ci);
764       dangerous =   givesCheck
765                  || type_of(move) != NORMAL
766                  || pos.advanced_pawn_push(move);
767
768       // Step 12. Extend checks
769       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
770           ext = ONE_PLY;
771
772       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
773       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
774       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
775       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
776       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
777       if (    singularExtensionNode
778           &&  move == ttMove
779           && !ext
780           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
781           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
782       {
783           assert(ttValue != VALUE_NONE);
784
785           Value rBeta = ttValue - int(depth);
786           ss->excludedMove = move;
787           ss->skipNullMove = true;
788           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
789           ss->skipNullMove = false;
790           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
791
792           if (value < rBeta)
793               ext = ONE_PLY;
794       }
795
796       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
797       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
798
799       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
800       if (   !PvNode
801           && !captureOrPromotion
802           && !inCheck
803           && !dangerous
804        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
805           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
806       {
807           // Move count based pruning
808           if (   depth < 16 * ONE_PLY
809               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
810           {
811               if (SpNode)
812                   splitPoint->mutex.lock();
813
814               continue;
815           }
816
817           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
818
819           // Futility pruning: parent node
820           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
821           {
822               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
823                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
824
825               if (futilityValue <= alpha)
826               {
827                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
828
829                   if (SpNode)
830                   {
831                       splitPoint->mutex.lock();
832                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
833                           splitPoint->bestValue = bestValue;
834                   }
835                   continue;
836               }
837           }
838
839           // Prune moves with negative SEE at low depths
840           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
841           {
842               if (SpNode)
843                   splitPoint->mutex.lock();
844
845               continue;
846           }
847       }
848
849       // Check for legality just before making the move
850       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
851       {
852           moveCount--;
853           continue;
854       }
855
856       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
857       ss->currentMove = move;
858       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
859           quietsSearched[quietCount++] = move;
860
861       // Step 14. Make the move
862       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
863
864       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
865       // re-searched at full depth.
866       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
867           && !pvMove
868           && !captureOrPromotion
869           &&  move != ttMove
870           &&  move != ss->killers[0]
871           &&  move != ss->killers[1])
872       {
873           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
874
875           if (!PvNode && cutNode)
876               ss->reduction += ONE_PLY;
877
878           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
879               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
880
881           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
882               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
883
884           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
885           if (SpNode)
886               alpha = splitPoint->alpha;
887
888           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
889
890           // Research at intermediate depth if reduction is very high
891           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
892           {
893               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
894               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
895           }
896
897           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
898           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
899       }
900       else
901           doFullDepthSearch = !pvMove;
902
903       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
904       if (doFullDepthSearch)
905       {
906           if (SpNode)
907               alpha = splitPoint->alpha;
908
909           value = newDepth < ONE_PLY ?
910                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
911                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
912                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
913       }
914
915       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
916       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
917       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
918       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
919           value = newDepth < ONE_PLY ?
920                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
921                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
922                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
923       // Step 17. Undo move
924       pos.undo_move(move);
925
926       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
927
928       // Step 18. Check for new best move
929       if (SpNode)
930       {
931           splitPoint->mutex.lock();
932           bestValue = splitPoint->bestValue;
933           alpha = splitPoint->alpha;
934       }
935
936       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
937       // was aborted because the user interrupted the search or because we
938       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
939       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
940       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
941           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
942
943       if (RootNode)
944       {
945           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
946
947           // PV move or new best move ?
948           if (pvMove || value > alpha)
949           {
950               rm.score = value;
951               rm.extract_pv_from_tt(pos);
952
953               // We record how often the best move has been changed in each
954               // iteration. This information is used for time management: When
955               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
956               if (!pvMove)
957                   ++BestMoveChanges;
958           }
959           else
960               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
961               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
962               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
963               rm.score = -VALUE_INFINITE;
964       }
965
966       if (value > bestValue)
967       {
968           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
969
970           if (value > alpha)
971           {
972               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
973
974               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
975                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
976               else
977               {
978                   assert(value >= beta); // Fail high
979
980                   if (SpNode)
981                       splitPoint->cutoff = true;
982
983                   break;
984               }
985           }
986       }
987
988       // Step 19. Check for splitting the search
989       if (   !SpNode
990           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
991           &&  Threads.available_slave(thisThread)
992           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
993       {
994           assert(bestValue < beta);
995
996           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
997                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
998           if (bestValue >= beta)
999               break;
1000       }
1001     }
1002
1003     if (SpNode)
1004         return bestValue;
1005
1006     // Step 20. Check for mate and stalemate
1007     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1008     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1009     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1010     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1011     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1012     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1013     if (!moveCount)
1014         return  excludedMove ? alpha
1015               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1016
1017     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1018     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1019         bestValue = alpha;
1020
1021     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1022              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1023              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1024              depth, bestMove, ss->staticEval);
1025
1026     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1027     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1028         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1029
1030     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1031
1032     return bestValue;
1033   }
1034
1035
1036   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1037   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1038   // less than ONE_PLY).
1039
1040   template <NodeType NT, bool InCheck>
1041   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1042
1043     const bool PvNode = (NT == PV);
1044
1045     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1046     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1047     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1048     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1049     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1050
1051     StateInfo st;
1052     const TTEntry* tte;
1053     Key posKey;
1054     Move ttMove, move, bestMove;
1055     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1056     bool givesCheck, evasionPrunable;
1057     Depth ttDepth;
1058
1059     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1060     if (PvNode)
1061         oldAlpha = alpha;
1062
1063     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1064     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1065
1066     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1067     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1068         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1069
1070     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1071     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1072     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1073     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1074                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1075
1076     // Transposition table lookup
1077     posKey = pos.key();
1078     tte = TT.probe(posKey);
1079     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1080     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1081
1082     if (   tte
1083         && tte->depth() >= ttDepth
1084         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1085         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1086             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1087                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1088     {
1089         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1090         return ttValue;
1091     }
1092
1093     // Evaluate the position statically
1094     if (InCheck)
1095     {
1096         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1097         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1098     }
1099     else
1100     {
1101         if (tte)
1102         {
1103             // Never assume anything on values stored in TT
1104             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1105                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1106
1107             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1108             if (ttValue != VALUE_NONE)
1109                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1110                     bestValue = ttValue;
1111         }
1112         else
1113             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1114
1115         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1116         if (bestValue >= beta)
1117         {
1118             if (!tte)
1119                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1120                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1121
1122             return bestValue;
1123         }
1124
1125         if (PvNode && bestValue > alpha)
1126             alpha = bestValue;
1127
1128         futilityBase = bestValue + Value(128);
1129     }
1130
1131     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1132     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1133     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1134     // be generated.
1135     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1136     CheckInfo ci(pos);
1137
1138     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1139     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1140     {
1141       assert(is_ok(move));
1142
1143       givesCheck = FAST_GIVES_CHECK(pos, move, ci);
1144
1145       // Futility pruning
1146       if (   !PvNode
1147           && !InCheck
1148           && !givesCheck
1149           &&  move != ttMove
1150           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1151           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1152       {
1153           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1154
1155           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1156
1157           if (futilityValue < beta)
1158           {
1159               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1160               continue;
1161           }
1162
1163           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1164           {
1165               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1166               continue;
1167           }
1168       }
1169
1170       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1171       evasionPrunable =    InCheck
1172                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1173                        && !pos.capture(move)
1174                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1175
1176       // Don't search moves with negative SEE values
1177       if (   !PvNode
1178           && (!InCheck || evasionPrunable)
1179           &&  move != ttMove
1180           &&  type_of(move) != PROMOTION
1181           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1182           continue;
1183
1184       // Check for legality just before making the move
1185       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1186           continue;
1187
1188       ss->currentMove = move;
1189
1190       // Make and search the move
1191       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1192       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1193                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1194       pos.undo_move(move);
1195
1196       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1197
1198       // Check for new best move
1199       if (value > bestValue)
1200       {
1201           bestValue = value;
1202
1203           if (value > alpha)
1204           {
1205               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1206               {
1207                   alpha = value;
1208                   bestMove = move;
1209               }
1210               else // Fail high
1211               {
1212                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1213                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1214
1215                   return value;
1216               }
1217           }
1218        }
1219     }
1220
1221     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1222     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1223     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1224         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1225
1226     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1227              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1228              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1229
1230     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1231
1232     return bestValue;
1233   }
1234
1235
1236   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1237   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1238   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1239
1240   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1241
1242     assert(v != VALUE_NONE);
1243
1244     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1245           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1246   }
1247
1248
1249   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1250   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1251   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1252
1253   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1254
1255     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1256           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1257           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1258   }
1259
1260
1261   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1262   // of a quiet move.
1263
1264   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1265
1266     if (ss->killers[0] != move)
1267     {
1268         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1269         ss->killers[0] = move;
1270     }
1271
1272     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1273     // played quiet moves.
1274     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1275     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1276     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1277     {
1278         Move m = quiets[i];
1279         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1280     }
1281
1282     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1283     {
1284         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1285         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1286     }
1287
1288     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1289     {
1290         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1291         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1292     }
1293   }
1294
1295
1296   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1297   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1298
1299   Move Skill::pick_move() {
1300
1301     static RKISS rk;
1302
1303     // PRNG sequence should be not deterministic
1304     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1305         rk.rand<unsigned>();
1306
1307     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1308     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1309     int weakness = 120 - 2 * level;
1310     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1311     best = MOVE_NONE;
1312
1313     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1314     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1315     // then we choose the move with the resulting highest score.
1316     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1317     {
1318         int s = RootMoves[i].score;
1319
1320         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1321         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1322             break;
1323
1324         // This is our magic formula
1325         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1326               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1327
1328         if (s > max_s)
1329         {
1330             max_s = s;
1331             best = RootMoves[i].pv[0];
1332         }
1333     }
1334     return best;
1335   }
1336
1337
1338   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1339   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1340   // search score.
1341
1342   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1343
1344     std::stringstream s;
1345     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1346     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1347     int selDepth = 0;
1348
1349     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1350         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1351             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1352
1353     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1354     {
1355         bool updated = (i <= PVIdx);
1356
1357         if (depth == 1 && !updated)
1358             continue;
1359
1360         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1361         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1362
1363         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1364             s << "\n";
1365
1366         s << "info depth " << d
1367           << " seldepth "  << selDepth
1368           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1369           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1370           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1371           << " time "      << elapsed
1372           << " multipv "   << i + 1
1373           << " pv";
1374
1375         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1376             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1377     }
1378
1379     return s.str();
1380   }
1381
1382 } // namespace
1383
1384
1385 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1386 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1387 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1388 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1389
1390 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1391
1392   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1393   const TTEntry* tte;
1394   int ply = 0;
1395   Move m = pv[0];
1396
1397   pv.clear();
1398
1399   do {
1400       pv.push_back(m);
1401
1402       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1403
1404       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1405       tte = TT.probe(pos.key());
1406
1407   } while (   tte
1408            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1409            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1410            && ply < MAX_PLY
1411            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1412
1413   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1414
1415   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1416 }
1417
1418
1419 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1420 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1421 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1422
1423 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1424
1425   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1426   const TTEntry* tte;
1427   int ply = 0;
1428
1429   do {
1430       tte = TT.probe(pos.key());
1431
1432       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1433           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1434
1435       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1436
1437       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1438
1439   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1440
1441   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1442 }
1443
1444
1445 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1446
1447 void Thread::idle_loop() {
1448
1449   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1450   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1451   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1452
1453   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1454
1455   while (true)
1456   {
1457       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1458       // wasting CPU time polling for work.
1459       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1460       {
1461           if (exit)
1462           {
1463               assert(!this_sp);
1464               return;
1465           }
1466
1467           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1468           mutex.lock();
1469
1470           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1471           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1472           {
1473               mutex.unlock();
1474               break;
1475           }
1476
1477           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1478           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1479           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1480           // we had the chance to grab the lock.
1481           if (!searching && !exit)
1482               sleepCondition.wait(mutex);
1483
1484           mutex.unlock();
1485       }
1486
1487       // If this thread has been assigned work, launch a search
1488       if (searching)
1489       {
1490           assert(!exit);
1491
1492           Threads.mutex.lock();
1493
1494           assert(searching);
1495           assert(activeSplitPoint);
1496           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1497
1498           Threads.mutex.unlock();
1499
1500           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1501           Position pos(*sp->pos, this);
1502
1503           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1504           ss->splitPoint = sp;
1505
1506           sp->mutex.lock();
1507
1508           assert(activePosition == NULL);
1509
1510           activePosition = &pos;
1511
1512           switch (sp->nodeType) {
1513           case Root:
1514               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1515               break;
1516           case PV:
1517               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1518               break;
1519           case NonPV:
1520               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1521               break;
1522           default:
1523               assert(false);
1524           }
1525
1526           assert(searching);
1527
1528           searching = false;
1529           activePosition = NULL;
1530           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1531           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1532
1533           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1534           // loop in case we are the last slave of the split point.
1535           if (    Threads.sleepWhileIdle
1536               &&  this != sp->masterThread
1537               && !sp->slavesMask)
1538           {
1539               assert(!sp->masterThread->searching);
1540               sp->masterThread->notify_one();
1541           }
1542
1543           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1544           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1545           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1546           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1547           sp->mutex.unlock();
1548       }
1549
1550       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1551       // their work at this split point, return from the idle loop.
1552       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1553       {
1554           this_sp->mutex.lock();
1555           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1556           this_sp->mutex.unlock();
1557           if (finished)
1558               return;
1559       }
1560   }
1561 }
1562
1563
1564 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1565 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1566 /// available time and thus stop the search.
1567
1568 void check_time() {
1569
1570   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1571   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1572
1573   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1574   {
1575       lastInfoTime = Time::now();
1576       dbg_print();
1577   }
1578
1579   if (Limits.ponder)
1580       return;
1581
1582   if (Limits.nodes)
1583   {
1584       Threads.mutex.lock();
1585
1586       nodes = RootPos.nodes_searched();
1587
1588       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1589       // all the currently active positions nodes.
1590       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1591           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1592           {
1593               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1594
1595               sp.mutex.lock();
1596
1597               nodes += sp.nodes;
1598               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1599               while (sm)
1600               {
1601                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1602                   if (pos)
1603                       nodes += pos->nodes_searched();
1604               }
1605
1606               sp.mutex.unlock();
1607           }
1608
1609       Threads.mutex.unlock();
1610   }
1611
1612   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1613   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1614                          && !Signals.failedLowAtRoot
1615                          && (   elapsed > TimeMgr.available_time()
1616                              || (   elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1617                                  && elapsed > IterationTime * 1.4));
1618
1619   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1620                    || stillAtFirstMove;
1621
1622   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1623       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1624       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1625       Signals.stop = true;
1626 }