]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Use CounterMoveHistory when calculating LMR for cut nodes
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   TimePoint SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
75   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   // Skill struct is used to implement strength limiting
82   struct Skill {
83     Skill(int l) : level(l) {}
84     bool enabled() const { return level < 20; }
85     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
86     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
87     Move pick_best(size_t multiPV);
88
89     int level;
90     Move best = MOVE_NONE;
91   };
92
93   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
94   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
95   struct EasyMoveManager {
96
97     void clear() {
98       stableCnt = 0;
99       expectedPosKey = 0;
100       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
101     }
102
103     Move get(Key key) const {
104       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
105     }
106
107     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
108
109       assert(newPv.size() >= 3);
110
111       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
112       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
113
114       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
115       {
116           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
117
118           StateInfo st[2];
119           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
120           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
121           expectedPosKey = pos.key();
122           pos.undo_move(newPv[1]);
123           pos.undo_move(newPv[0]);
124       }
125     }
126
127     int stableCnt;
128     Key expectedPosKey;
129     Move pv[3];
130   };
131
132   size_t PVIdx;
133   TimeManager TimeMgr;
134   EasyMoveManager EasyMove;
135   double BestMoveChanges;
136   Value DrawValue[COLOR_NB];
137   HistoryStats History;
138   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
139   GainsStats Gains;
140   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
141
142   template <NodeType NT, bool SpNode>
143   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
144
145   template <NodeType NT, bool InCheck>
146   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
147
148   void id_loop(Position& pos);
149   Value value_to_tt(Value v, int ply);
150   Value value_from_tt(Value v, int ply);
151   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
152   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
153
154 } // namespace
155
156
157 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
158
159 void Search::init() {
160
161   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
162
163   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
164       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
165           for (int d = 1; d < 64; ++d)
166               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
167               {
168                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
169
170                   if (r >= 1.5)
171                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
172
173                   // Increase reduction when eval is not improving
174                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
175                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
176               }
177
178   for (int d = 0; d < 16; ++d)
179   {
180       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
181       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
182   }
183 }
184
185
186 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
187 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
188 template<bool Root>
189 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
190
191   StateInfo st;
192   uint64_t cnt, nodes = 0;
193   CheckInfo ci(pos);
194   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
195
196   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
197   {
198       if (Root && depth <= ONE_PLY)
199           cnt = 1, nodes++;
200       else
201       {
202           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
203           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
204           nodes += cnt;
205           pos.undo_move(m);
206       }
207       if (Root)
208           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
209   }
210   return nodes;
211 }
212
213 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
214
215
216 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
217 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
218 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
219
220 void Search::think() {
221
222   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
223
224   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
225   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
226   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
227
228   TB::Hits = 0;
229   TB::RootInTB = false;
230   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
231   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
232   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
233
234   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
235   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
236   {
237       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
238       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
239   }
240
241   if (RootMoves.empty())
242   {
243       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
244       sync_cout << "info depth 0 score "
245                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
246                 << sync_endl;
247   }
248   else
249   {
250       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
251                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
252       {
253           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
254           // contains only moves that preserve the draw or win.
255           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
256
257           if (TB::RootInTB)
258               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
259
260           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
261           {
262               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
263               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
264
265               // Only probe during search if winning
266               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
267                   TB::Cardinality = 0;
268           }
269
270           if (TB::RootInTB)
271           {
272               TB::Hits = RootMoves.size();
273
274               if (!TB::UseRule50)
275                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
276                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
277                                                       :  VALUE_DRAW;
278           }
279       }
280
281       for (Thread* th : Threads)
282       {
283           th->maxPly = 0;
284           th->notify_one(); // Wake up all the threads
285       }
286
287       Threads.timer->run = true;
288       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
289
290       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
291
292       Threads.timer->run = false;
293   }
294
295   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
296   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
297   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
298   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
299   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
300   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
301   {
302       Signals.stopOnPonderhit = true;
303       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
304   }
305
306   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
307
308   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
309       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
310
311   std::cout << sync_endl;
312 }
313
314
315 namespace {
316
317   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
318   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
319   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
320
321   void id_loop(Position& pos) {
322
323     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
324     Depth depth;
325     Value bestValue, alpha, beta, delta;
326
327     Move easyMove = EasyMove.get(pos.key());
328     EasyMove.clear();
329
330     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
331
332     depth = DEPTH_ZERO;
333     BestMoveChanges = 0;
334     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
335     beta = VALUE_INFINITE;
336
337     TT.new_search();
338     History.clear();
339     CounterMovesHistory.clear();
340     Gains.clear();
341     Countermoves.clear();
342     Followupmoves.clear();
343
344     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
345     Skill skill(Options["Skill Level"]);
346
347     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
348     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
349     if (skill.enabled())
350         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
351
352     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
353
354     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
355     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
356     {
357         // Age out PV variability metric
358         BestMoveChanges *= 0.5;
359
360         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
361         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
362         for (RootMove& rm : RootMoves)
363             rm.previousScore = rm.score;
364
365         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
366         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
367         {
368             // Reset aspiration window starting size
369             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
370             {
371                 delta = Value(16);
372                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
373                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
374             }
375
376             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
377             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
378             // high/low anymore.
379             while (true)
380             {
381                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
382
383                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
384                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
385                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
386                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
387                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
388                 // search the already searched PV lines are preserved.
389                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
390
391                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
392                 // entries have been overwritten during the search.
393                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
394                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
395
396                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
397                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
398                 // valid, although it refers to previous iteration.
399                 if (Signals.stop)
400                     break;
401
402                 // When failing high/low give some update (without cluttering
403                 // the UI) before a re-search.
404                 if (   multiPV == 1
405                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
406                     && now() - SearchTime > 3000)
407                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
408
409                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
410                 // re-search, otherwise exit the loop.
411                 if (bestValue <= alpha)
412                 {
413                     beta = (alpha + beta) / 2;
414                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
415
416                     Signals.failedLowAtRoot = true;
417                     Signals.stopOnPonderhit = false;
418                 }
419                 else if (bestValue >= beta)
420                 {
421                     alpha = (alpha + beta) / 2;
422                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
423                 }
424                 else
425                     break;
426
427                 delta += delta / 2;
428
429                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
430             }
431
432             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
433             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
434
435             if (Signals.stop)
436                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
437                           << " time " << now() - SearchTime << sync_endl;
438
439             else if (PVIdx + 1 == multiPV || now() - SearchTime > 3000)
440                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
441         }
442
443         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
444         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
445             skill.pick_best(multiPV);
446
447         // Have we found a "mate in x"?
448         if (   Limits.mate
449             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
450             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
451             Signals.stop = true;
452
453         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
454         if (Limits.use_time_management())
455         {
456             if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
457             {
458                 // Take some extra time if the best move has changed
459                 if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
460                     TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
461
462                 // Stop the search if only one legal move is available or all
463                 // of the available time has been used or we matched an easyMove
464                 // from the previous search and just did a fast verification.
465                 if (   RootMoves.size() == 1
466                     || now() - SearchTime > TimeMgr.available_time()
467                     || (   RootMoves[0].pv[0] == easyMove
468                         && BestMoveChanges < 0.03
469                         && now() - SearchTime > TimeMgr.available_time() / 10))
470                 {
471                     // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
472                     // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
473                     if (Limits.ponder)
474                         Signals.stopOnPonderhit = true;
475                     else
476                         Signals.stop = true;
477                 }
478             }
479
480             if (RootMoves[0].pv.size() >= 3)
481                 EasyMove.update(pos, RootMoves[0].pv);
482             else
483                 EasyMove.clear();
484         }
485     }
486
487     // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
488     // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
489     if (EasyMove.stableCnt < 6 || now() - SearchTime < TimeMgr.available_time())
490         EasyMove.clear();
491
492     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
493     if (skill.enabled())
494         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
495                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
496   }
497
498
499   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
500   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
501   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
502   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
503   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
504   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
505
506   template <NodeType NT, bool SpNode>
507   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
508
509     const bool RootNode = NT == Root;
510     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
511
512     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
513     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
514     assert(depth > DEPTH_ZERO);
515
516     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
517     StateInfo st;
518     TTEntry* tte;
519     SplitPoint* splitPoint;
520     Key posKey;
521     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
522     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
523     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
524     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
525     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
526     int moveCount, quietCount;
527
528     // Step 1. Initialize node
529     Thread* thisThread = pos.this_thread();
530     inCheck = pos.checkers();
531
532     if (SpNode)
533     {
534         splitPoint = ss->splitPoint;
535         bestMove   = splitPoint->bestMove;
536         bestValue  = splitPoint->bestValue;
537         tte = nullptr;
538         ttHit = false;
539         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
540         ttValue = VALUE_NONE;
541
542         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
543
544         goto moves_loop;
545     }
546
547     moveCount = quietCount = 0;
548     bestValue = -VALUE_INFINITE;
549     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
550
551     // Used to send selDepth info to GUI
552     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
553         thisThread->maxPly = ss->ply;
554
555     if (!RootNode)
556     {
557         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
558         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
559             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
560
561         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
562         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
563         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
564         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
565         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
566         // mate. In this case return a fail-high score.
567         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
568         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
569         if (alpha >= beta)
570             return alpha;
571     }
572
573     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
574
575     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
576     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
577     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
578
579     // Step 4. Transposition table lookup
580     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
581     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
582     excludedMove = ss->excludedMove;
583     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
584     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
585     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
586     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
587
588     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't prune at PV nodes
589     if (  !PvNode
590         && ttHit
591         && tte->depth() >= depth
592         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
593         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
594                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
595     {
596         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
597
598         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
599         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
600             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
601
602         return ttValue;
603     }
604
605     // Step 4a. Tablebase probe
606     if (!RootNode && TB::Cardinality)
607     {
608         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
609
610         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
611             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
612             &&  pos.rule50_count() == 0)
613         {
614             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
615
616             if (found)
617             {
618                 TB::Hits++;
619
620                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
621
622                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
623                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
624                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
625
626                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
627                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
628                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
629
630                 return value;
631             }
632         }
633     }
634
635     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
636     if (inCheck)
637     {
638         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
639         goto moves_loop;
640     }
641
642     else if (ttHit)
643     {
644         // Never assume anything on values stored in TT
645         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
646             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
647
648         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
649         if (ttValue != VALUE_NONE)
650             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
651                 eval = ttValue;
652     }
653     else
654     {
655         eval = ss->staticEval =
656         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
657
658         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
659     }
660
661     if (ss->skipEarlyPruning)
662         goto moves_loop;
663
664     if (   !pos.captured_piece_type()
665         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
666         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
667         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
668         &&  move != MOVE_NONE
669         &&  type_of(move) == NORMAL)
670     {
671         Square to = to_sq(move);
672         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
673     }
674
675     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
676     if (   !PvNode
677         &&  depth < 4 * ONE_PLY
678         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
679         &&  ttMove == MOVE_NONE
680         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
681     {
682         if (   depth <= ONE_PLY
683             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
684             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
685
686         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
687         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
688         if (v <= ralpha)
689             return v;
690     }
691
692     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
693     if (   !RootNode
694         &&  depth < 7 * ONE_PLY
695         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
696         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
697         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
698         return eval - futility_margin(depth);
699
700     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
701     if (   !PvNode
702         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
703         &&  eval >= beta
704         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
705     {
706         ss->currentMove = MOVE_NULL;
707
708         assert(eval - beta >= 0);
709
710         // Null move dynamic reduction based on depth and value
711         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
712
713         pos.do_null_move(st);
714         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
715         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
716                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
717         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
718         pos.undo_null_move();
719
720         if (nullValue >= beta)
721         {
722             // Do not return unproven mate scores
723             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
724                 nullValue = beta;
725
726             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
727                 return nullValue;
728
729             // Do verification search at high depths
730             ss->skipEarlyPruning = true;
731             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
732                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
733             ss->skipEarlyPruning = false;
734
735             if (v >= beta)
736                 return nullValue;
737         }
738     }
739
740     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
741     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
742     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
743     // prune the previous move.
744     if (   !PvNode
745         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
746         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
747     {
748         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
749         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
750
751         assert(rdepth >= ONE_PLY);
752         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
753         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
754
755         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, pos.captured_piece_type());
756         CheckInfo ci(pos);
757
758         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
759             if (pos.legal(move, ci.pinned))
760             {
761                 ss->currentMove = move;
762                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
763                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
764                 pos.undo_move(move);
765                 if (value >= rbeta)
766                     return value;
767             }
768     }
769
770     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
771     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
772         && !ttMove
773         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
774     {
775         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
776         ss->skipEarlyPruning = true;
777         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
778         ss->skipEarlyPruning = false;
779
780         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
781         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
782     }
783
784 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
785
786     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
787     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
788                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
789
790     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
791     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
792                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
793
794     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermoves, followupmoves, ss);
795     CheckInfo ci(pos);
796     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
797     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
798                || ss->staticEval == VALUE_NONE
799                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
800
801     singularExtensionNode =   !RootNode
802                            && !SpNode
803                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
804                            &&  ttMove != MOVE_NONE
805                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
806                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
807                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
808                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
809                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
810
811     // Step 11. Loop through moves
812     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
813     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
814     {
815       assert(is_ok(move));
816
817       if (move == excludedMove)
818           continue;
819
820       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
821       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
822       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
823       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
824           continue;
825
826       if (SpNode)
827       {
828           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
829           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
830               continue;
831
832           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
833           splitPoint->spinlock.release();
834       }
835       else
836           ++moveCount;
837
838       if (RootNode)
839       {
840           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
841
842           if (thisThread == Threads.main() && now() - SearchTime > 3000)
843               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
844                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
845                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
846       }
847
848       if (PvNode)
849           (ss+1)->pv = nullptr;
850
851       extension = DEPTH_ZERO;
852       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
853
854       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
855                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
856                   : pos.gives_check(move, ci);
857
858       dangerous =   givesCheck
859                  || type_of(move) != NORMAL
860                  || pos.advanced_pawn_push(move);
861
862       // Step 12. Extend checks
863       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
864           extension = ONE_PLY;
865
866       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
867       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
868       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
869       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
870       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
871       if (    singularExtensionNode
872           &&  move == ttMove
873           && !extension
874           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
875       {
876           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
877           ss->excludedMove = move;
878           ss->skipEarlyPruning = true;
879           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
880           ss->skipEarlyPruning = false;
881           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
882
883           if (value < rBeta)
884               extension = ONE_PLY;
885       }
886
887       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
888       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
889
890       // Step 13. Pruning at shallow depth
891       if (   !RootNode
892           && !captureOrPromotion
893           && !inCheck
894           && !dangerous
895           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
896       {
897           // Move count based pruning
898           if (   depth < 16 * ONE_PLY
899               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
900           {
901               if (SpNode)
902                   splitPoint->spinlock.acquire();
903
904               continue;
905           }
906
907           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
908
909           // Futility pruning: parent node
910           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
911           {
912               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
913                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
914
915               if (futilityValue <= alpha)
916               {
917                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
918
919                   if (SpNode)
920                   {
921                       splitPoint->spinlock.acquire();
922                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
923                           splitPoint->bestValue = bestValue;
924                   }
925                   continue;
926               }
927           }
928
929           // Prune moves with negative SEE at low depths
930           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
931           {
932               if (SpNode)
933                   splitPoint->spinlock.acquire();
934
935               continue;
936           }
937       }
938
939       // Speculative prefetch as early as possible
940       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
941
942       // Check for legality just before making the move
943       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
944       {
945           moveCount--;
946           continue;
947       }
948
949       ss->currentMove = move;
950       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
951           quietsSearched[quietCount++] = move;
952
953       // Step 14. Make the move
954       pos.do_move(move, st, givesCheck);
955
956       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
957       // re-searched at full depth.
958       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
959           &&  moveCount > 1
960           && !captureOrPromotion
961           &&  move != ss->killers[0]
962           &&  move != ss->killers[1])
963       {
964           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
965
966           if (   (!PvNode && cutNode)
967               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
968               ||  CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq][pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
969                 + History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
970               ss->reduction += ONE_PLY;
971
972           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
973               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
974
975           // Decrease reduction for moves that escape a capture
976           if (   ss->reduction
977               && type_of(move) == NORMAL
978               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
979               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
980               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
981
982           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
983           if (SpNode)
984               alpha = splitPoint->alpha;
985
986           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
987
988           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
989           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
990           {
991               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
992               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
993           }
994
995           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
996           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
997       }
998       else
999           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1000
1001       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1002       if (doFullDepthSearch)
1003       {
1004           if (SpNode)
1005               alpha = splitPoint->alpha;
1006
1007           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1008                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1009                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1010                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1011       }
1012
1013       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1014       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1015       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1016       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1017       {
1018           (ss+1)->pv = pv;
1019           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1020
1021           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1022                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1023                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1024                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1025       }
1026
1027       // Step 17. Undo move
1028       pos.undo_move(move);
1029
1030       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1031
1032       // Step 18. Check for new best move
1033       if (SpNode)
1034       {
1035           splitPoint->spinlock.acquire();
1036           bestValue = splitPoint->bestValue;
1037           alpha = splitPoint->alpha;
1038       }
1039
1040       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
1041       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
1042       // updating best move, PV and TT.
1043       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1044           return VALUE_ZERO;
1045
1046       if (RootNode)
1047       {
1048           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
1049
1050           // PV move or new best move ?
1051           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1052           {
1053               rm.score = value;
1054               rm.pv.resize(1);
1055
1056               assert((ss+1)->pv);
1057
1058               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1059                   rm.pv.push_back(*m);
1060
1061               // We record how often the best move has been changed in each
1062               // iteration. This information is used for time management: When
1063               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1064               if (moveCount > 1)
1065                   ++BestMoveChanges;
1066           }
1067           else
1068               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1069               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1070               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1071               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1072       }
1073
1074       if (value > bestValue)
1075       {
1076           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1077
1078           if (value > alpha)
1079           {
1080               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1081               if (    PvNode
1082                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1083                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1084                   EasyMove.clear();
1085
1086               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1087
1088               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1089                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1090
1091               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1092                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1093               else
1094               {
1095                   assert(value >= beta); // Fail high
1096
1097                   if (SpNode)
1098                       splitPoint->cutoff = true;
1099
1100                   break;
1101               }
1102           }
1103       }
1104
1105       // Step 19. Check for splitting the search
1106       if (   !SpNode
1107           &&  Threads.size() >= 2
1108           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1109           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1110                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1111                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1112                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1113           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1114       {
1115           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1116
1117           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1118                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1119
1120           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1121               return VALUE_ZERO;
1122
1123           if (bestValue >= beta)
1124               break;
1125       }
1126     }
1127
1128     if (SpNode)
1129         return bestValue;
1130
1131     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1132     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1133     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1134     /*
1135        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1136         return VALUE_DRAW;
1137     */
1138
1139     // Step 20. Check for mate and stalemate
1140     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1141     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1142     // return a fail low score.
1143     if (!moveCount)
1144         bestValue = excludedMove ? alpha
1145                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1146
1147     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1148     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1149         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1150
1151     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1152               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1153               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1154               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1155
1156     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1157
1158     return bestValue;
1159   }
1160
1161
1162   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1163   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1164   // less than ONE_PLY).
1165
1166   template <NodeType NT, bool InCheck>
1167   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1168
1169     const bool PvNode = NT == PV;
1170
1171     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1172     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1173     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1174     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1175     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1176
1177     Move pv[MAX_PLY+1];
1178     StateInfo st;
1179     TTEntry* tte;
1180     Key posKey;
1181     Move ttMove, move, bestMove;
1182     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1183     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1184     Depth ttDepth;
1185
1186     if (PvNode)
1187     {
1188         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1189         (ss+1)->pv = pv;
1190         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1191     }
1192
1193     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1194     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1195
1196     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1197     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1198         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1199
1200     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1201
1202     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1203     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1204     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1205     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1206                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1207
1208     // Transposition table lookup
1209     posKey = pos.key();
1210     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1211     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1212     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1213
1214     if (  !PvNode
1215         && ttHit
1216         && tte->depth() >= ttDepth
1217         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1218         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1219                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1220     {
1221         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1222         return ttValue;
1223     }
1224
1225     // Evaluate the position statically
1226     if (InCheck)
1227     {
1228         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1229         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1230     }
1231     else
1232     {
1233         if (ttHit)
1234         {
1235             // Never assume anything on values stored in TT
1236             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1237                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1238
1239             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1240             if (ttValue != VALUE_NONE)
1241                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1242                     bestValue = ttValue;
1243         }
1244         else
1245             ss->staticEval = bestValue =
1246             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1247
1248         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1249         if (bestValue >= beta)
1250         {
1251             if (!ttHit)
1252                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1253                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1254
1255             return bestValue;
1256         }
1257
1258         if (PvNode && bestValue > alpha)
1259             alpha = bestValue;
1260
1261         futilityBase = bestValue + 128;
1262     }
1263
1264     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1265     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1266     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1267     // be generated.
1268     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1269     CheckInfo ci(pos);
1270
1271     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1272     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1273     {
1274       assert(is_ok(move));
1275
1276       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1277                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1278                   : pos.gives_check(move, ci);
1279
1280       // Futility pruning
1281       if (   !InCheck
1282           && !givesCheck
1283           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1284           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1285       {
1286           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1287
1288           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1289
1290           if (futilityValue <= alpha)
1291           {
1292               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1293               continue;
1294           }
1295
1296           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1297           {
1298               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1299               continue;
1300           }
1301       }
1302
1303       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1304       evasionPrunable =    InCheck
1305                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1306                        && !pos.capture(move)
1307                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1308
1309       // Don't search moves with negative SEE values
1310       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1311           &&  type_of(move) != PROMOTION
1312           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1313           continue;
1314
1315       // Speculative prefetch as early as possible
1316       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1317
1318       // Check for legality just before making the move
1319       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1320           continue;
1321
1322       ss->currentMove = move;
1323
1324       // Make and search the move
1325       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1326       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1327                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1328       pos.undo_move(move);
1329
1330       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1331
1332       // Check for new best move
1333       if (value > bestValue)
1334       {
1335           bestValue = value;
1336
1337           if (value > alpha)
1338           {
1339               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1340                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1341
1342               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1343               {
1344                   alpha = value;
1345                   bestMove = move;
1346               }
1347               else // Fail high
1348               {
1349                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1350                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1351
1352                   return value;
1353               }
1354           }
1355        }
1356     }
1357
1358     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1359     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1360     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1361         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1362
1363     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1364               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1365               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1366
1367     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1368
1369     return bestValue;
1370   }
1371
1372
1373   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1374   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1375   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1376
1377   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1378
1379     assert(v != VALUE_NONE);
1380
1381     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1382           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1383   }
1384
1385
1386   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1387   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1388   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1389
1390   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1391
1392     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1393           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1394           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1395   }
1396
1397
1398   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1399
1400   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1401
1402     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1403         *pv++ = *childPv++;
1404     *pv = MOVE_NONE;
1405   }
1406
1407   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves
1408   // stats after a fail-high of a quiet move.
1409
1410   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1411
1412     if (ss->killers[0] != move)
1413     {
1414         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1415         ss->killers[0] = move;
1416     }
1417
1418     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1419
1420     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1421     HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1422
1423     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424
1425     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1426     {
1427         Countermoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1428         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1429     }
1430
1431     // Decrease all the other played quiet moves
1432     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1433     {
1434         History.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1435
1436         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1437             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1438     }
1439
1440     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1441     {
1442         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1443         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevPrevSq), prevPrevSq, move);
1444
1445         // Extra penalty for TT move in previous ply when it gets refuted
1446         HistoryStats& ttMoveCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1447         ttMoveCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * depth / ONE_PLY - 1);
1448     }
1449   }
1450
1451
1452   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1453   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1454
1455   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1456
1457     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1458     static PRNG rng(now());
1459
1460     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1461     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1462     int weakness = 120 - 2 * level;
1463     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1464
1465     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1466     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1467     // then we choose the move with the resulting highest score.
1468     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1469     {
1470         // This is our magic formula
1471         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1472                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1473
1474         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1475         {
1476             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1477             best = RootMoves[i].pv[0];
1478         }
1479     }
1480     return best;
1481   }
1482
1483 } // namespace
1484
1485
1486 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1487 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1488
1489 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1490
1491   std::stringstream ss;
1492   TimePoint elapsed = now() - SearchTime + 1;
1493   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1494   int selDepth = 0;
1495
1496   for (Thread* th : Threads)
1497       if (th->maxPly > selDepth)
1498           selDepth = th->maxPly;
1499
1500   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1501   {
1502       bool updated = (i <= PVIdx);
1503
1504       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1505           continue;
1506
1507       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1508       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1509
1510       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1511       v = tb ? TB::Score : v;
1512
1513       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1514           ss << "\n";
1515
1516       ss << "info"
1517          << " depth "    << d / ONE_PLY
1518          << " seldepth " << selDepth
1519          << " multipv "  << i + 1
1520          << " score "    << UCI::value(v);
1521
1522       if (!tb && i == PVIdx)
1523           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1524
1525       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1526          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1527
1528       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1529           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1530
1531       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1532          << " time "     << elapsed
1533          << " pv";
1534
1535       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1536           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1537   }
1538
1539   return ss.str();
1540 }
1541
1542
1543 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1544 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1545 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1546
1547 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1548
1549   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1550   bool ttHit;
1551
1552   for (Move m : pv)
1553   {
1554       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1555
1556       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1557
1558       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1559           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1560
1561       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1562   }
1563
1564   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1565       pos.undo_move(pv[--i]);
1566 }
1567
1568
1569 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1570 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1571 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1572 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1573
1574 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1575 {
1576     StateInfo st;
1577     bool ttHit;
1578
1579     assert(pv.size() == 1);
1580
1581     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1582     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1583     pos.undo_move(pv[0]);
1584
1585     if (ttHit)
1586     {
1587         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1588         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1589            return pv.push_back(m), true;
1590     }
1591
1592     return false;
1593 }
1594
1595
1596 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1597
1598 void Thread::idle_loop() {
1599
1600   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1601   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1602   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1603
1604   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1605
1606   while (!exit && !(this_sp && this_sp->slavesMask.none()))
1607   {
1608       // If this thread has been assigned work, launch a search
1609       while (searching)
1610       {
1611           spinlock.acquire();
1612
1613           assert(activeSplitPoint);
1614           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1615
1616           spinlock.release();
1617
1618           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1619           Position pos(*sp->pos, this);
1620
1621           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1622           ss->splitPoint = sp;
1623
1624           sp->spinlock.acquire();
1625
1626           assert(activePosition == nullptr);
1627
1628           activePosition = &pos;
1629
1630           if (sp->nodeType == NonPV)
1631               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1632
1633           else if (sp->nodeType == PV)
1634               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1635
1636           else if (sp->nodeType == Root)
1637               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1638
1639           else
1640               assert(false);
1641
1642           assert(searching);
1643
1644           searching = false;
1645           activePosition = nullptr;
1646           sp->slavesMask.reset(idx);
1647           sp->allSlavesSearching = false;
1648           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1649
1650           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1651           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1652           // the sp master.
1653           sp->spinlock.release();
1654
1655           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1656           // already finished.
1657           SplitPoint* bestSp = NULL;
1658           int minLevel = INT_MAX;
1659
1660           for (Thread* th : Threads)
1661           {
1662               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1663               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1664
1665               if (   sp
1666                   && sp->allSlavesSearching
1667                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1668                   && can_join(sp))
1669               {
1670                   assert(this != th);
1671                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1672                   assert(Threads.size() > 2);
1673
1674                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1675                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1676                   int level = 0;
1677                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1678                       level++;
1679
1680                   if (level < minLevel)
1681                   {
1682                       bestSp = sp;
1683                       minLevel = level;
1684                   }
1685               }
1686           }
1687
1688           if (bestSp)
1689           {
1690               sp = bestSp;
1691
1692               // Recheck the conditions under lock protection
1693               sp->spinlock.acquire();
1694
1695               if (   sp->allSlavesSearching
1696                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1697               {
1698                   spinlock.acquire();
1699
1700                   if (can_join(sp))
1701                   {
1702                       sp->slavesMask.set(idx);
1703                       activeSplitPoint = sp;
1704                       searching = true;
1705                   }
1706
1707                   spinlock.release();
1708               }
1709
1710               sp->spinlock.release();
1711           }
1712       }
1713
1714       // If search is finished then sleep, otherwise just yield
1715       if (!Threads.main()->thinking)
1716       {
1717           assert(!this_sp);
1718
1719           std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1720           while (!exit && !Threads.main()->thinking)
1721               sleepCondition.wait(lk);
1722       }
1723       else
1724           std::this_thread::yield(); // Wait for a new job or for our slaves to finish
1725   }
1726 }
1727
1728
1729 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1730 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1731 /// available time and thus stop the search.
1732
1733 void check_time() {
1734
1735   static TimePoint lastInfoTime = now();
1736   TimePoint elapsed = now() - SearchTime;
1737
1738   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1739   {
1740       lastInfoTime = now();
1741       dbg_print();
1742   }
1743
1744   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1745   if (Limits.ponder)
1746       return;
1747
1748   if (Limits.use_time_management())
1749   {
1750       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1751                              && !Signals.failedLowAtRoot
1752                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1753
1754       if (   stillAtFirstMove
1755           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1756           Signals.stop = true;
1757   }
1758   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1759       Signals.stop = true;
1760
1761   else if (Limits.nodes)
1762   {
1763       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1764
1765       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1766       // all the currently active positions nodes.
1767       // FIXME: Racy...
1768       for (Thread* th : Threads)
1769           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1770           {
1771               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1772
1773               sp.spinlock.acquire();
1774
1775               nodes += sp.nodes;
1776
1777               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1778                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1779                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1780
1781               sp.spinlock.release();
1782           }
1783
1784       if (nodes >= Limits.nodes)
1785           Signals.stop = true;
1786   }
1787 }