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