Retire Polyglot Book management
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * d);
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t MultiPV, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT, bool SpNode>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   RootColor = RootPos.side_to_move();
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
185
186   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   if (Options["Write Search Log"])
201   {
202       Log log(Options["Search Log Filename"]);
203       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
204           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
205           << " ponder: "      << Limits.ponder
206           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
207           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
208           << " moves to go: " << Limits.movestogo
209           << "\n" << std::endl;
210   }
211
212   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
213   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
214       Threads[i]->maxPly = 0;
215
216   Threads.timer->run = true;
217   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
218
219   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
220
221   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
222
223   if (Options["Write Search Log"])
224   {
225       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
226
227       Log log(Options["Search Log Filename"]);
228       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
229           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
230           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
231
232       StateInfo st;
233       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
234       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
235       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
236   }
237
238 finalize:
239
240   // When search is stopped this info is not printed
241   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
242             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
243
244   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
245   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
246   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
247   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
248   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
249   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
250   {
251       Signals.stopOnPonderhit = true;
252       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
253   }
254
255   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
256   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
257             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
258             << sync_endl;
259 }
260
261
262 namespace {
263
264   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
265   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
266   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
267
268   void id_loop(Position& pos) {
269
270     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
271     int depth;
272     Value bestValue, alpha, beta, delta;
273
274     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
275     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
276
277     depth = 0;
278     BestMoveChanges = 0;
279     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
280     beta = VALUE_INFINITE;
281
282     TT.new_search();
283     History.clear();
284     Gains.clear();
285     Countermoves.clear();
286     Followupmoves.clear();
287
288     MultiPV = Options["MultiPV"];
289     Skill skill(Options["Skill Level"]);
290
291     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
292     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
293     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
294         MultiPV = 4;
295
296     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
297
298     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
299     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
300     {
301         // Age out PV variability metric
302         BestMoveChanges *= 0.5;
303
304         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
305         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
306         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
307             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
308
309         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
310         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
311         {
312             // Reset aspiration window starting size
313             if (depth >= 5)
314             {
315                 delta = Value(16);
316                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
317                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
318             }
319
320             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
321             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
322             // high/low anymore.
323             while (true)
324             {
325                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
326
327                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
328                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
329                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
330                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
331                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
332                 // search the already searched PV lines are preserved.
333                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
334
335                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
336                 // entries have been overwritten during the search.
337                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
338                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
339
340                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
341                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
342                 // valid, although it refers to previous iteration.
343                 if (Signals.stop)
344                     break;
345
346                 // When failing high/low give some update (without cluttering
347                 // the UI) before a re-search.
348                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
349                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
350                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
351
352                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
353                 // re-search, otherwise exit the loop.
354                 if (bestValue <= alpha)
355                 {
356                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
357
358                     Signals.failedLowAtRoot = true;
359                     Signals.stopOnPonderhit = false;
360                 }
361                 else if (bestValue >= beta)
362                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
363
364                 else
365                     break;
366
367                 delta += delta / 2;
368
369                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
370             }
371
372             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
373             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
374
375             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
376                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
377         }
378
379         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
380         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
381             skill.pick_move();
382
383         if (Options["Write Search Log"])
384         {
385             RootMove& rm = RootMoves[0];
386             if (skill.best != MOVE_NONE)
387                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
388
389             Log log(Options["Search Log Filename"]);
390             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
391                 << std::endl;
392         }
393
394         // Have we found a "mate in x"?
395         if (   Limits.mate
396             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
397             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
398             Signals.stop = true;
399
400         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
401         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
402         {
403             // Take some extra time if the best move has changed
404             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
405                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
406
407             // Stop the search if only one legal move is available or all
408             // of the available time has been used.
409             if (   RootMoves.size() == 1
410                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
411             {
412                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
413                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
414                 if (Limits.ponder)
415                     Signals.stopOnPonderhit = true;
416                 else
417                     Signals.stop = true;
418             }
419         }
420     }
421   }
422
423
424   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
425   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
426   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
427   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
428   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
429   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
430
431   template <NodeType NT, bool SpNode>
432   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
433
434     const bool RootNode = NT == Root;
435     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
436
437     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
438     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
439     assert(depth > DEPTH_ZERO);
440
441     Move quietsSearched[64];
442     StateInfo st;
443     const TTEntry *tte;
444     SplitPoint* splitPoint;
445     Key posKey;
446     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
447     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
448     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
449     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
450     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
451     int moveCount, quietCount;
452
453     // Step 1. Initialize node
454     Thread* thisThread = pos.this_thread();
455     inCheck = pos.checkers();
456
457     if (SpNode)
458     {
459         splitPoint = ss->splitPoint;
460         bestMove   = splitPoint->bestMove;
461         bestValue  = splitPoint->bestValue;
462         tte = NULL;
463         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
464         ttValue = VALUE_NONE;
465
466         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
467
468         goto moves_loop;
469     }
470
471     moveCount = quietCount = 0;
472     bestValue = -VALUE_INFINITE;
473     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
474     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
475     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
476     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
477
478     // Used to send selDepth info to GUI
479     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
480         thisThread->maxPly = ss->ply;
481
482     if (!RootNode)
483     {
484         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
485         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
486             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
487
488         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
489         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
490         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
491         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
492         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
493         // mate. In this case return a fail-high score.
494         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
495         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
496         if (alpha >= beta)
497             return alpha;
498     }
499
500     // Step 4. Transposition table lookup
501     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
502     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
503     excludedMove = ss->excludedMove;
504     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
505     tte = TT.probe(posKey);
506     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
507     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
508
509     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
510     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
511     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
512     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
513     if (   !RootNode
514         && tte
515         && tte->depth() >= depth
516         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
517         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
518             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
519                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
520     {
521         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
522
523         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
524         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
525             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
526
527         return ttValue;
528     }
529
530     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
531     if (inCheck)
532     {
533         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
534         goto moves_loop;
535     }
536
537     else if (tte)
538     {
539         // Never assume anything on values stored in TT
540         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
541             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
542
543         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
544         if (ttValue != VALUE_NONE)
545             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
546                 eval = ttValue;
547     }
548     else
549     {
550         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
551         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
552     }
553
554     if (   !pos.captured_piece_type()
555         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
556         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
557         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
558         &&  type_of(move) == NORMAL)
559     {
560         Square to = to_sq(move);
561         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
562     }
563
564     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
565     if (   !PvNode
566         &&  depth < 4 * ONE_PLY
567         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
568         &&  ttMove == MOVE_NONE
569         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
570         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
571     {
572         if (   depth <= ONE_PLY
573             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
574             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
575
576         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
577         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
578         if (v <= ralpha)
579             return v;
580     }
581
582     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
583     if (   !PvNode
584         && !ss->skipNullMove
585         &&  depth < 7 * ONE_PLY
586         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
587         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
588         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
589         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
590         return eval - futility_margin(depth);
591
592     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
593     if (   !PvNode
594         && !ss->skipNullMove
595         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
596         &&  eval >= beta
597         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
598         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
599     {
600         ss->currentMove = MOVE_NULL;
601
602         assert(eval - beta >= 0);
603
604         // Null move dynamic reduction based on depth and value
605         Depth R =  3 * ONE_PLY
606                  + depth / 4
607                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
608
609         pos.do_null_move(st);
610         (ss+1)->skipNullMove = true;
611         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
612                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
613         (ss+1)->skipNullMove = false;
614         pos.undo_null_move();
615
616         if (nullValue >= beta)
617         {
618             // Do not return unproven mate scores
619             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
620                 nullValue = beta;
621
622             if (depth < 12 * ONE_PLY)
623                 return nullValue;
624
625             // Do verification search at high depths
626             ss->skipNullMove = true;
627             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
628                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
629             ss->skipNullMove = false;
630
631             if (v >= beta)
632                 return nullValue;
633         }
634     }
635
636     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
637     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
638     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
639     // prune the previous move.
640     if (   !PvNode
641         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
642         && !ss->skipNullMove
643         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
644     {
645         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
646         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
647
648         assert(rdepth >= ONE_PLY);
649         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
650         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
651
652         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
653         CheckInfo ci(pos);
654
655         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
656             if (pos.legal(move, ci.pinned))
657             {
658                 ss->currentMove = move;
659                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
660                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
661                 pos.undo_move(move);
662                 if (value >= rbeta)
663                     return value;
664             }
665     }
666
667     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
668     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
669         && !ttMove
670         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
671     {
672         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
673
674         ss->skipNullMove = true;
675         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
676         ss->skipNullMove = false;
677
678         tte = TT.probe(posKey);
679         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
680     }
681
682 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
683
684     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
685     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
686                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
687
688     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
689     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
690                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
691
692     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
693     CheckInfo ci(pos);
694     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
695     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
696                || ss->staticEval == VALUE_NONE
697                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
698
699     singularExtensionNode =   !RootNode
700                            && !SpNode
701                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
702                            &&  ttMove != MOVE_NONE
703                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
704                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
705                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
706
707     // Step 11. Loop through moves
708     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
709     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
710     {
711       assert(is_ok(move));
712
713       if (move == excludedMove)
714           continue;
715
716       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
717       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
718       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
719       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
720           continue;
721
722       if (SpNode)
723       {
724           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
725           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
726               continue;
727
728           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
729           splitPoint->mutex.unlock();
730       }
731       else
732           ++moveCount;
733
734       if (RootNode)
735       {
736           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
737
738           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
739               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
740                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
741                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
742       }
743
744       ext = DEPTH_ZERO;
745       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
746
747       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
748                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
749                   : pos.gives_check(move, ci);
750
751       dangerous =   givesCheck
752                  || type_of(move) != NORMAL
753                  || pos.advanced_pawn_push(move);
754
755       // Step 12. Extend checks
756       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
757           ext = ONE_PLY;
758
759       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
760       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
761       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
762       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
763       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
764       if (    singularExtensionNode
765           &&  move == ttMove
766           && !ext
767           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
768           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
769       {
770           assert(ttValue != VALUE_NONE);
771
772           Value rBeta = ttValue - int(depth);
773           ss->excludedMove = move;
774           ss->skipNullMove = true;
775           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
776           ss->skipNullMove = false;
777           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
778
779           if (value < rBeta)
780               ext = ONE_PLY;
781       }
782
783       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
784       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
785
786       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
787       if (   !PvNode
788           && !captureOrPromotion
789           && !inCheck
790           && !dangerous
791        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
792           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
793       {
794           // Move count based pruning
795           if (   depth < 16 * ONE_PLY
796               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
797           {
798               if (SpNode)
799                   splitPoint->mutex.lock();
800
801               continue;
802           }
803
804           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
805
806           // Futility pruning: parent node
807           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
808           {
809               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
810                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
811
812               if (futilityValue <= alpha)
813               {
814                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
815
816                   if (SpNode)
817                   {
818                       splitPoint->mutex.lock();
819                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
820                           splitPoint->bestValue = bestValue;
821                   }
822                   continue;
823               }
824           }
825
826           // Prune moves with negative SEE at low depths
827           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
828           {
829               if (SpNode)
830                   splitPoint->mutex.lock();
831
832               continue;
833           }
834       }
835
836       // Check for legality just before making the move
837       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
838       {
839           moveCount--;
840           continue;
841       }
842
843       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
844       ss->currentMove = move;
845       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
846           quietsSearched[quietCount++] = move;
847
848       // Step 14. Make the move
849       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
850
851       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
852       // re-searched at full depth.
853       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
854           && !pvMove
855           && !captureOrPromotion
856           &&  move != ttMove
857           &&  move != ss->killers[0]
858           &&  move != ss->killers[1])
859       {
860           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
861
862           if (!PvNode && cutNode)
863               ss->reduction += ONE_PLY;
864
865           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
866               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
867
868           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
869               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
870
871           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
872           if (SpNode)
873               alpha = splitPoint->alpha;
874
875           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
876
877           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
878           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
879           {
880               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
881               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
882           }
883
884           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
885           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
886       }
887       else
888           doFullDepthSearch = !pvMove;
889
890       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
891       if (doFullDepthSearch)
892       {
893           if (SpNode)
894               alpha = splitPoint->alpha;
895
896           value = newDepth < ONE_PLY ?
897                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
898                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
899                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
900       }
901
902       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
903       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
904       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
905       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
906           value = newDepth < ONE_PLY ?
907                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
908                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
909                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
910       // Step 17. Undo move
911       pos.undo_move(move);
912
913       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
914
915       // Step 18. Check for new best move
916       if (SpNode)
917       {
918           splitPoint->mutex.lock();
919           bestValue = splitPoint->bestValue;
920           alpha = splitPoint->alpha;
921       }
922
923       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
924       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
925       // updating best move, PV and TT.
926       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
927           return VALUE_ZERO;
928
929       if (RootNode)
930       {
931           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
932
933           // PV move or new best move ?
934           if (pvMove || value > alpha)
935           {
936               rm.score = value;
937               rm.extract_pv_from_tt(pos);
938
939               // We record how often the best move has been changed in each
940               // iteration. This information is used for time management: When
941               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
942               if (!pvMove)
943                   ++BestMoveChanges;
944           }
945           else
946               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
947               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
948               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
949               rm.score = -VALUE_INFINITE;
950       }
951
952       if (value > bestValue)
953       {
954           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
955
956           if (value > alpha)
957           {
958               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
959
960               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
961                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
962               else
963               {
964                   assert(value >= beta); // Fail high
965
966                   if (SpNode)
967                       splitPoint->cutoff = true;
968
969                   break;
970               }
971           }
972       }
973
974       // Step 19. Check for splitting the search
975       if (   !SpNode
976           &&  Threads.size() >= 2
977           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
978           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
979                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
980           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
981       {
982           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
983
984           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
985                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
986
987           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
988               return VALUE_ZERO;
989
990           if (bestValue >= beta)
991               break;
992       }
993     }
994
995     if (SpNode)
996         return bestValue;
997
998     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
999     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1000     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1001     /*
1002        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1003         return VALUE_DRAW;
1004     */
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. If we are in a singular extension search then
1009     // return a fail low score.
1010     if (!moveCount)
1011         bestValue = excludedMove ? alpha
1012                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1013
1014     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1015     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1016         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1017
1018     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1019              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1020              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1021              depth, bestMove, ss->staticEval);
1022
1023     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1024
1025     return bestValue;
1026   }
1027
1028
1029   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1030   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1031   // less than ONE_PLY).
1032
1033   template <NodeType NT, bool InCheck>
1034   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1035
1036     const bool PvNode = NT == PV;
1037
1038     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1039     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1040     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1041     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1042     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1043
1044     StateInfo st;
1045     const TTEntry* tte;
1046     Key posKey;
1047     Move ttMove, move, bestMove;
1048     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1049     bool givesCheck, evasionPrunable;
1050     Depth ttDepth;
1051
1052     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1053     if (PvNode)
1054         oldAlpha = alpha;
1055
1056     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1057     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1058
1059     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1060     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1061         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1062
1063     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1064     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1065     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1066     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1067                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1068
1069     // Transposition table lookup
1070     posKey = pos.key();
1071     tte = TT.probe(posKey);
1072     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1073     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1074
1075     if (   tte
1076         && tte->depth() >= ttDepth
1077         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1078         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1079             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1080                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1081     {
1082         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1083         return ttValue;
1084     }
1085
1086     // Evaluate the position statically
1087     if (InCheck)
1088     {
1089         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1090         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1091     }
1092     else
1093     {
1094         if (tte)
1095         {
1096             // Never assume anything on values stored in TT
1097             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1098                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1099
1100             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1101             if (ttValue != VALUE_NONE)
1102                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1103                     bestValue = ttValue;
1104         }
1105         else
1106             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1107
1108         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1109         if (bestValue >= beta)
1110         {
1111             if (!tte)
1112                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1113                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1114
1115             return bestValue;
1116         }
1117
1118         if (PvNode && bestValue > alpha)
1119             alpha = bestValue;
1120
1121         futilityBase = bestValue + 128;
1122     }
1123
1124     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1125     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1126     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1127     // be generated.
1128     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1129     CheckInfo ci(pos);
1130
1131     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1132     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1133     {
1134       assert(is_ok(move));
1135
1136       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1137                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1138                   : pos.gives_check(move, ci);
1139
1140       // Futility pruning
1141       if (   !PvNode
1142           && !InCheck
1143           && !givesCheck
1144           &&  move != ttMove
1145           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1146           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1147       {
1148           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1149
1150           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1151
1152           if (futilityValue < beta)
1153           {
1154               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1155               continue;
1156           }
1157
1158           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1159           {
1160               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1161               continue;
1162           }
1163       }
1164
1165       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1166       evasionPrunable =    InCheck
1167                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1168                        && !pos.capture(move)
1169                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1170
1171       // Don't search moves with negative SEE values
1172       if (   !PvNode
1173           && (!InCheck || evasionPrunable)
1174           &&  move != ttMove
1175           &&  type_of(move) != PROMOTION
1176           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1177           continue;
1178
1179       // Check for legality just before making the move
1180       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1181           continue;
1182
1183       ss->currentMove = move;
1184
1185       // Make and search the move
1186       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1187       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1188                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1189       pos.undo_move(move);
1190
1191       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1192
1193       // Check for new best move
1194       if (value > bestValue)
1195       {
1196           bestValue = value;
1197
1198           if (value > alpha)
1199           {
1200               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1201               {
1202                   alpha = value;
1203                   bestMove = move;
1204               }
1205               else // Fail high
1206               {
1207                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1208                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1209
1210                   return value;
1211               }
1212           }
1213        }
1214     }
1215
1216     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1217     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1218     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1219         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1220
1221     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1222              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1223              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1224
1225     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1226
1227     return bestValue;
1228   }
1229
1230
1231   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1232   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1233   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1234
1235   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1236
1237     assert(v != VALUE_NONE);
1238
1239     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1240           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1241   }
1242
1243
1244   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1245   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1246   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1247
1248   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1249
1250     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1251           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1252           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1253   }
1254
1255
1256   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1257   // of a quiet move.
1258
1259   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1260
1261     if (ss->killers[0] != move)
1262     {
1263         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1264         ss->killers[0] = move;
1265     }
1266
1267     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1268     // played quiet moves.
1269     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1270     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1271     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1272     {
1273         Move m = quiets[i];
1274         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1275     }
1276
1277     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1278     {
1279         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1280         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1281     }
1282
1283     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1284     {
1285         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1286         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1287     }
1288   }
1289
1290
1291   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1292   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1293
1294   Move Skill::pick_move() {
1295
1296     static RKISS rk;
1297
1298     // PRNG sequence should be not deterministic
1299     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1300         rk.rand<unsigned>();
1301
1302     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1303     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1304     int weakness = 120 - 2 * level;
1305     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1306     best = MOVE_NONE;
1307
1308     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1309     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1310     // then we choose the move with the resulting highest score.
1311     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1312     {
1313         int s = RootMoves[i].score;
1314
1315         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1316         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1317             break;
1318
1319         // This is our magic formula
1320         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1321               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1322
1323         if (s > max_s)
1324         {
1325             max_s = s;
1326             best = RootMoves[i].pv[0];
1327         }
1328     }
1329     return best;
1330   }
1331
1332
1333   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1334   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1335   // search score.
1336
1337   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1338
1339     std::stringstream ss;
1340     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1341     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1342     int selDepth = 0;
1343
1344     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1345         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1346             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1347
1348     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1349     {
1350         bool updated = (i <= PVIdx);
1351
1352         if (depth == 1 && !updated)
1353             continue;
1354
1355         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1356         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1357
1358         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1359             ss << "\n";
1360
1361         ss << "info depth " << d
1362            << " seldepth "  << selDepth
1363            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1364            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1365            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1366            << " time "      << elapsed
1367            << " multipv "   << i + 1
1368            << " pv";
1369
1370         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1371             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1372     }
1373
1374     return ss.str();
1375   }
1376
1377 } // namespace
1378
1379
1380 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1381 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1382 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1383 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1384
1385 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1386
1387   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1388   const TTEntry* tte;
1389   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1390   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1391   Value expectedScore = score;
1392
1393   pv.clear();
1394
1395   do {
1396       pv.push_back(m);
1397
1398       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1399
1400       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1401       tte = TT.probe(pos.key());
1402       expectedScore = -expectedScore;
1403
1404   } while (   tte
1405            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1406            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1407            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1408            && ply < MAX_PLY
1409            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1410
1411   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1412
1413   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1414 }
1415
1416
1417 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1418 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1419 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1420
1421 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1422
1423   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1424   const TTEntry* tte;
1425   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1426
1427   do {
1428       tte = TT.probe(pos.key());
1429
1430       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1431           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1432
1433       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1434
1435       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1436
1437   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1438
1439   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1440 }
1441
1442
1443 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1444
1445 void Thread::idle_loop() {
1446
1447   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1448   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1449   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1450
1451   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1452
1453   while (true)
1454   {
1455       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1456       // wasting CPU time polling for work.
1457       while (!searching || exit)
1458       {
1459           if (exit)
1460           {
1461               assert(!this_sp);
1462               return;
1463           }
1464
1465           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1466           mutex.lock();
1467
1468           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1469           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1470           {
1471               mutex.unlock();
1472               break;
1473           }
1474
1475           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1476           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1477           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1478           // we had the chance to grab the lock.
1479           if (!searching && !exit)
1480               sleepCondition.wait(mutex);
1481
1482           mutex.unlock();
1483       }
1484
1485       // If this thread has been assigned work, launch a search
1486       if (searching)
1487       {
1488           assert(!exit);
1489
1490           Threads.mutex.lock();
1491
1492           assert(searching);
1493           assert(activeSplitPoint);
1494           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1495
1496           Threads.mutex.unlock();
1497
1498           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1499           Position pos(*sp->pos, this);
1500
1501           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1502           ss->splitPoint = sp;
1503
1504           sp->mutex.lock();
1505
1506           assert(activePosition == NULL);
1507
1508           activePosition = &pos;
1509
1510           if (sp->nodeType == NonPV)
1511               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1512
1513           else if (sp->nodeType == PV)
1514               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1515
1516           else if (sp->nodeType == Root)
1517               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1518
1519           else
1520               assert(false);
1521
1522           assert(searching);
1523
1524           searching = false;
1525           activePosition = NULL;
1526           sp->slavesMask.reset(idx);
1527           sp->allSlavesSearching = false;
1528           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1529
1530           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1531           // loop in case we are the last slave of the split point.
1532           if (    this != sp->masterThread
1533               &&  sp->slavesMask.none())
1534           {
1535               assert(!sp->masterThread->searching);
1536               sp->masterThread->notify_one();
1537           }
1538
1539           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1540           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1541           // the sp master.
1542           sp->mutex.unlock();
1543
1544           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1545           // already finished.
1546           if (Threads.size() > 2)
1547               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1548               {
1549                   int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1550                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1551
1552                   if (   sp
1553                       && sp->allSlavesSearching
1554                       && available_to(Threads[i]))
1555                   {
1556                       // Recheck the conditions under lock protection
1557                       Threads.mutex.lock();
1558                       sp->mutex.lock();
1559
1560                       if (   sp->allSlavesSearching
1561                           && available_to(Threads[i]))
1562                       {
1563                            sp->slavesMask.set(idx);
1564                            activeSplitPoint = sp;
1565                            searching = true;
1566                       }
1567
1568                       sp->mutex.unlock();
1569                       Threads.mutex.unlock();
1570
1571                       break; // Just a single attempt
1572                   }
1573               }
1574       }
1575
1576       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1577       // their work at this split point, return from the idle loop.
1578       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1579       {
1580           this_sp->mutex.lock();
1581           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1582           this_sp->mutex.unlock();
1583           if (finished)
1584               return;
1585       }
1586   }
1587 }
1588
1589
1590 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1591 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1592 /// available time and thus stop the search.
1593
1594 void check_time() {
1595
1596   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1597   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1598
1599   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1600   {
1601       lastInfoTime = Time::now();
1602       dbg_print();
1603   }
1604
1605   if (Limits.ponder)
1606       return;
1607
1608   if (Limits.nodes)
1609   {
1610       Threads.mutex.lock();
1611
1612       nodes = RootPos.nodes_searched();
1613
1614       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1615       // all the currently active positions nodes.
1616       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1617           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1618           {
1619               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1620
1621               sp.mutex.lock();
1622
1623               nodes += sp.nodes;
1624
1625               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1626                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1627                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1628
1629               sp.mutex.unlock();
1630           }
1631
1632       Threads.mutex.unlock();
1633   }
1634
1635   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1636   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1637                          && !Signals.failedLowAtRoot
1638                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1639
1640   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1641                    || stillAtFirstMove;
1642
1643   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1644       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1645       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1646       Signals.stop = true;
1647 }