d59fc521eedcba2815ae3cdeaf92f4bdb6e80730
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   size_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307     Followupmoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
401
402         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Have we found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop the search if only one legal move is available or most
433             // of the available time has been used. We probably don't have
434             // enough time to search the first move at the next iteration anyway.
435             if (   RootMoves.size() == 1
436                 || IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             if (stop)
440             {
441                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
442                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
443                 if (Limits.ponder)
444                     Signals.stopOnPonderhit = true;
445                 else
446                     Signals.stop = true;
447             }
448         }
449     }
450   }
451
452
453   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
454   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
455   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
456   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
457   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
458   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
459
460   template <NodeType NT>
461   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
462
463     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
464     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
465     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
466
467     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
468     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
469     assert(depth > DEPTH_ZERO);
470
471     Move quietsSearched[64];
472     StateInfo st;
473     const TTEntry *tte;
474     SplitPoint* splitPoint;
475     Key posKey;
476     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
477     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
478     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
479     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
480     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
481     int moveCount, quietCount;
482
483     // Step 1. Initialize node
484     Thread* thisThread = pos.this_thread();
485     inCheck = pos.checkers();
486
487     if (SpNode)
488     {
489         splitPoint = ss->splitPoint;
490         bestMove   = splitPoint->bestMove;
491         bestValue  = splitPoint->bestValue;
492         tte = NULL;
493         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
494         ttValue = VALUE_NONE;
495
496         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
497
498         goto moves_loop;
499     }
500
501     moveCount = quietCount = 0;
502     bestValue = -VALUE_INFINITE;
503     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
504     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
505     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
506     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
507
508     // Used to send selDepth info to GUI
509     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
510         thisThread->maxPly = ss->ply;
511
512     if (!RootNode)
513     {
514         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
515         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
516             return DrawValue[pos.side_to_move()];
517
518         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
519         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
520         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
521         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
522         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
523         // mate. In this case return a fail-high score.
524         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
525         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
526         if (alpha >= beta)
527             return alpha;
528     }
529
530     // Step 4. Transposition table lookup
531     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
532     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
533     excludedMove = ss->excludedMove;
534     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
535     tte = TT.probe(posKey);
536     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
537     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
538
539     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
540     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
541     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
542     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
543     if (   !RootNode
544         && tte
545         && tte->depth() >= depth
546         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
547         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
548             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
549                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
550     {
551         TT.refresh(tte);
552         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
553
554         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
555         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
556             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
557
558         return ttValue;
559     }
560
561     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
562     if (inCheck)
563     {
564         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
565         goto moves_loop;
566     }
567
568     else if (tte)
569     {
570         // Never assume anything on values stored in TT
571         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
572             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
573
574         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
575         if (ttValue != VALUE_NONE)
576             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
577                 eval = ttValue;
578     }
579     else
580     {
581         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
582         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
583     }
584
585     if (   !pos.captured_piece_type()
586         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
587         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
588         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
589         &&  type_of(move) == NORMAL)
590     {
591         Square to = to_sq(move);
592         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
593     }
594
595     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         &&  depth < 4 * ONE_PLY
598         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
599         &&  ttMove == MOVE_NONE
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
602     {
603         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
604         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
605         if (v < rbeta)
606             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
607             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
608             return v;
609     }
610
611     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
612     if (   !PvNode
613         && !ss->skipNullMove
614         &&  depth < 7 * ONE_PLY
615         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
616         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
617         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
618         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
619         return eval - futility_margin(depth);
620
621     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
622     if (   !PvNode
623         && !ss->skipNullMove
624         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
625         &&  eval >= beta
626         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
627         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
628     {
629         ss->currentMove = MOVE_NULL;
630
631         // Null move dynamic reduction based on depth
632         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
633
634         // Null move dynamic reduction based on value
635         if (eval - PawnValueMg > beta)
636             R += ONE_PLY;
637
638         pos.do_null_move(st);
639         (ss+1)->skipNullMove = true;
640         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
641                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
642         (ss+1)->skipNullMove = false;
643         pos.undo_null_move();
644
645         if (nullValue >= beta)
646         {
647             // Do not return unproven mate scores
648             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
649                 nullValue = beta;
650
651             if (depth < 12 * ONE_PLY)
652                 return nullValue;
653
654             // Do verification search at high depths
655             ss->skipNullMove = true;
656             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
657             ss->skipNullMove = false;
658
659             if (v >= beta)
660                 return nullValue;
661         }
662     }
663
664     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
665     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
666     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
667     // prune the previous move.
668     if (   !PvNode
669         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
670         && !ss->skipNullMove
671         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
672     {
673         Value rbeta = beta + 200;
674         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
675
676         assert(rdepth >= ONE_PLY);
677         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
678         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
679
680         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
681         CheckInfo ci(pos);
682
683         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
684             if (pos.legal(move, ci.pinned))
685             {
686                 ss->currentMove = move;
687                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
688                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
689                 pos.undo_move(move);
690                 if (value >= rbeta)
691                     return value;
692             }
693     }
694
695     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
696     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
697         && ttMove == MOVE_NONE
698         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
699     {
700         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
701
702         ss->skipNullMove = true;
703         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
704         ss->skipNullMove = false;
705
706         tte = TT.probe(posKey);
707         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
708     }
709
710 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
711
712     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
713     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
714                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
715
716     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
717     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
718                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
719
720     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
721     CheckInfo ci(pos);
722     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
723     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
724                || ss->staticEval == VALUE_NONE
725                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
726
727     singularExtensionNode =   !RootNode
728                            && !SpNode
729                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
730                            &&  ttMove != MOVE_NONE
731                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
732                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
733                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
734
735     // Step 11. Loop through moves
736     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
737     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
738     {
739       assert(is_ok(move));
740
741       if (move == excludedMove)
742           continue;
743
744       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
745       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
746       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
747       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
748           continue;
749
750       if (SpNode)
751       {
752           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
753           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
754               continue;
755
756           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
757           splitPoint->mutex.unlock();
758       }
759       else
760           ++moveCount;
761
762       if (RootNode)
763       {
764           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
765
766           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
767               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
768                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
769                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
770       }
771
772       ext = DEPTH_ZERO;
773       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
774       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
775       dangerous =   givesCheck
776                  || type_of(move) != NORMAL
777                  || pos.advanced_pawn_push(move);
778
779       // Step 12. Extend checks
780       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
781           ext = ONE_PLY;
782
783       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
784       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
785       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
786       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
787       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
788       if (    singularExtensionNode
789           &&  move == ttMove
790           && !ext
791           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
792           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
793       {
794           assert(ttValue != VALUE_NONE);
795
796           Value rBeta = ttValue - int(depth);
797           ss->excludedMove = move;
798           ss->skipNullMove = true;
799           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
800           ss->skipNullMove = false;
801           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
802
803           if (value < rBeta)
804               ext = ONE_PLY;
805       }
806
807       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
808       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
809
810       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
811       if (   !PvNode
812           && !captureOrPromotion
813           && !inCheck
814           && !dangerous
815        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
816           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
817       {
818           // Move count based pruning
819           if (   depth < 16 * ONE_PLY
820               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
821           {
822               if (SpNode)
823                   splitPoint->mutex.lock();
824
825               continue;
826           }
827
828           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
829
830           // Futility pruning: parent node
831           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
832           {
833               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
834                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
835
836               if (futilityValue <= alpha)
837               {
838                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
839
840                   if (SpNode)
841                   {
842                       splitPoint->mutex.lock();
843                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
844                           splitPoint->bestValue = bestValue;
845                   }
846                   continue;
847               }
848           }
849
850           // Prune moves with negative SEE at low depths
851           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
852           {
853               if (SpNode)
854                   splitPoint->mutex.lock();
855
856               continue;
857           }
858       }
859
860       // Check for legality just before making the move
861       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
862       {
863           moveCount--;
864           continue;
865       }
866
867       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
868       ss->currentMove = move;
869       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
870           quietsSearched[quietCount++] = move;
871
872       // Step 14. Make the move
873       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
874
875       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
876       // re-searched at full depth.
877       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
878           && !pvMove
879           && !captureOrPromotion
880           &&  move != ttMove
881           &&  move != ss->killers[0]
882           &&  move != ss->killers[1])
883       {
884           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
885
886           if (!PvNode && cutNode)
887               ss->reduction += ONE_PLY;
888
889           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
890               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
891
892           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
893               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
894
895           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
896           if (SpNode)
897               alpha = splitPoint->alpha;
898
899           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
900
901           // Research at intermediate depth if reduction is very high
902           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
903           {
904               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
905               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
906           }
907
908           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
909           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
910       }
911       else
912           doFullDepthSearch = !pvMove;
913
914       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
915       if (doFullDepthSearch)
916       {
917           if (SpNode)
918               alpha = splitPoint->alpha;
919
920           value = newDepth < ONE_PLY ?
921                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
922                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
923                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
924       }
925
926       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
927       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
928       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
929       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
930           value = newDepth < ONE_PLY ?
931                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
932                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
933                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
934       // Step 17. Undo move
935       pos.undo_move(move);
936
937       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
938
939       // Step 18. Check for new best move
940       if (SpNode)
941       {
942           splitPoint->mutex.lock();
943           bestValue = splitPoint->bestValue;
944           alpha = splitPoint->alpha;
945       }
946
947       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
948       // was aborted because the user interrupted the search or because we
949       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
950       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
951       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
952           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
953
954       if (RootNode)
955       {
956           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
957
958           // PV move or new best move ?
959           if (pvMove || value > alpha)
960           {
961               rm.score = value;
962               rm.extract_pv_from_tt(pos);
963
964               // We record how often the best move has been changed in each
965               // iteration. This information is used for time management: When
966               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
967               if (!pvMove)
968                   ++BestMoveChanges;
969           }
970           else
971               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
972               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
973               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
974               rm.score = -VALUE_INFINITE;
975       }
976
977       if (value > bestValue)
978       {
979           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
980
981           if (value > alpha)
982           {
983               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
984
985               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
986                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
987               else
988               {
989                   assert(value >= beta); // Fail high
990
991                   if (SpNode)
992                       splitPoint->cutoff = true;
993
994                   break;
995               }
996           }
997       }
998
999       // Step 19. Check for splitting the search
1000       if (   !SpNode
1001           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1002           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1003           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1004       {
1005           assert(bestValue < beta);
1006
1007           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1008                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1009           if (bestValue >= beta)
1010               break;
1011       }
1012     }
1013
1014     if (SpNode)
1015         return bestValue;
1016
1017     // Step 20. Check for mate and stalemate
1018     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1019     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1020     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1021     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1022     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1023     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1024     if (!moveCount)
1025         return  excludedMove ? alpha
1026               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1027
1028     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1029     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1030         bestValue = alpha;
1031
1032     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1033              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1034              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1035              depth, bestMove, ss->staticEval);
1036
1037     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1038     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1039         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1040
1041     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1042
1043     return bestValue;
1044   }
1045
1046
1047   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1048   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1049   // less than ONE_PLY).
1050
1051   template <NodeType NT, bool InCheck>
1052   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1053
1054     const bool PvNode = (NT == PV);
1055
1056     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1057     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1058     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1059     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1060     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1061
1062     StateInfo st;
1063     const TTEntry* tte;
1064     Key posKey;
1065     Move ttMove, move, bestMove;
1066     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1067     bool givesCheck, evasionPrunable;
1068     Depth ttDepth;
1069
1070     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1071     if (PvNode)
1072         oldAlpha = alpha;
1073
1074     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1075     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1076
1077     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1078     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1079         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1080
1081     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1082     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1083     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1084     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1085                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1086
1087     // Transposition table lookup
1088     posKey = pos.key();
1089     tte = TT.probe(posKey);
1090     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1091     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1092
1093     if (   tte
1094         && tte->depth() >= ttDepth
1095         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1096         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1097             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1098                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1099     {
1100         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1101         return ttValue;
1102     }
1103
1104     // Evaluate the position statically
1105     if (InCheck)
1106     {
1107         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1108         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1109     }
1110     else
1111     {
1112         if (tte)
1113         {
1114             // Never assume anything on values stored in TT
1115             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1116                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1117
1118             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1119             if (ttValue != VALUE_NONE)
1120                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1121                     bestValue = ttValue;
1122         }
1123         else
1124             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1125
1126         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1127         if (bestValue >= beta)
1128         {
1129             if (!tte)
1130                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1131                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1132
1133             return bestValue;
1134         }
1135
1136         if (PvNode && bestValue > alpha)
1137             alpha = bestValue;
1138
1139         futilityBase = bestValue + Value(128);
1140     }
1141
1142     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1143     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1144     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1145     // be generated.
1146     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1147     CheckInfo ci(pos);
1148
1149     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1150     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1151     {
1152       assert(is_ok(move));
1153
1154       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1155
1156       // Futility pruning
1157       if (   !PvNode
1158           && !InCheck
1159           && !givesCheck
1160           &&  move != ttMove
1161           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1162           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1163       {
1164           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1165
1166           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1167
1168           if (futilityValue < beta)
1169           {
1170               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1171               continue;
1172           }
1173
1174           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1175           {
1176               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1177               continue;
1178           }
1179       }
1180
1181       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1182       evasionPrunable =    InCheck
1183                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1184                        && !pos.capture(move)
1185                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1186
1187       // Don't search moves with negative SEE values
1188       if (   !PvNode
1189           && (!InCheck || evasionPrunable)
1190           &&  move != ttMove
1191           &&  type_of(move) != PROMOTION
1192           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1193           continue;
1194
1195       // Check for legality just before making the move
1196       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1197           continue;
1198
1199       ss->currentMove = move;
1200
1201       // Make and search the move
1202       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1203       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1204                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1205       pos.undo_move(move);
1206
1207       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1208
1209       // Check for new best move
1210       if (value > bestValue)
1211       {
1212           bestValue = value;
1213
1214           if (value > alpha)
1215           {
1216               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1217               {
1218                   alpha = value;
1219                   bestMove = move;
1220               }
1221               else // Fail high
1222               {
1223                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1224                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1225
1226                   return value;
1227               }
1228           }
1229        }
1230     }
1231
1232     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1233     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1234     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1235         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1236
1237     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1238              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1239              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1240
1241     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1242
1243     return bestValue;
1244   }
1245
1246
1247   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1248   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1249   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1250
1251   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1252
1253     assert(v != VALUE_NONE);
1254
1255     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1256           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1257   }
1258
1259
1260   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1261   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1262   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1263
1264   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1265
1266     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1267           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1268           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1269   }
1270
1271
1272   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1273   // of a quiet move.
1274
1275   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1276
1277     if (ss->killers[0] != move)
1278     {
1279         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1280         ss->killers[0] = move;
1281     }
1282
1283     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1284     // played quiet moves.
1285     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1286     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1287     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1288     {
1289         Move m = quiets[i];
1290         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1291     }
1292
1293     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1294     {
1295         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1296         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1297     }
1298
1299     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1300     {
1301         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1302         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1303     }
1304   }
1305
1306
1307   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1308   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1309
1310   Move Skill::pick_move() {
1311
1312     static RKISS rk;
1313
1314     // PRNG sequence should be not deterministic
1315     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1316         rk.rand<unsigned>();
1317
1318     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1319     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1320     int weakness = 120 - 2 * level;
1321     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1322     best = MOVE_NONE;
1323
1324     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1325     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1326     // then we choose the move with the resulting highest score.
1327     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1328     {
1329         int s = RootMoves[i].score;
1330
1331         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1332         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1333             break;
1334
1335         // This is our magic formula
1336         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1337               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1338
1339         if (s > max_s)
1340         {
1341             max_s = s;
1342             best = RootMoves[i].pv[0];
1343         }
1344     }
1345     return best;
1346   }
1347
1348
1349   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1350   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1351   // search score.
1352
1353   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1354
1355     std::stringstream s;
1356     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1357     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1358     int selDepth = 0;
1359
1360     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1361         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1362             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1363
1364     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1365     {
1366         bool updated = (i <= PVIdx);
1367
1368         if (depth == 1 && !updated)
1369             continue;
1370
1371         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1372         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1373
1374         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1375             s << "\n";
1376
1377         s << "info depth " << d
1378           << " seldepth "  << selDepth
1379           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1380           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1381           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1382           << " time "      << elapsed
1383           << " multipv "   << i + 1
1384           << " pv";
1385
1386         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1387             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1388     }
1389
1390     return s.str();
1391   }
1392
1393 } // namespace
1394
1395
1396 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1397 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1398 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1399 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1400
1401 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1402
1403   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1404   const TTEntry* tte;
1405   int ply = 0;
1406   Move m = pv[0];
1407
1408   pv.clear();
1409
1410   do {
1411       pv.push_back(m);
1412
1413       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1414
1415       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1416       tte = TT.probe(pos.key());
1417
1418   } while (   tte
1419            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1420            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1421            && ply < MAX_PLY
1422            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1423
1424   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1425
1426   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1427 }
1428
1429
1430 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1431 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1432 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1433
1434 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1435
1436   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1437   const TTEntry* tte;
1438   int ply = 0;
1439
1440   do {
1441       tte = TT.probe(pos.key());
1442
1443       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1444           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1445
1446       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1447
1448       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1449
1450   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1451
1452   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1453 }
1454
1455
1456 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1457
1458 void Thread::idle_loop() {
1459
1460   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1461   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1462   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1463
1464   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1465
1466   while (true)
1467   {
1468       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1469       // wasting CPU time polling for work.
1470       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1471       {
1472           if (exit)
1473           {
1474               assert(!this_sp);
1475               return;
1476           }
1477
1478           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1479           mutex.lock();
1480
1481           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1482           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1483           {
1484               mutex.unlock();
1485               break;
1486           }
1487
1488           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1489           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1490           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1491           // we had the chance to grab the lock.
1492           if (!searching && !exit)
1493               sleepCondition.wait(mutex);
1494
1495           mutex.unlock();
1496       }
1497
1498       // If this thread has been assigned work, launch a search
1499       if (searching)
1500       {
1501           assert(!exit);
1502
1503           Threads.mutex.lock();
1504
1505           assert(searching);
1506           assert(activeSplitPoint);
1507           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1508
1509           Threads.mutex.unlock();
1510
1511           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1512           Position pos(*sp->pos, this);
1513
1514           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1515           ss->splitPoint = sp;
1516
1517           sp->mutex.lock();
1518
1519           assert(activePosition == NULL);
1520
1521           activePosition = &pos;
1522
1523           switch (sp->nodeType) {
1524           case Root:
1525               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526               break;
1527           case PV:
1528               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1529               break;
1530           case NonPV:
1531               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1532               break;
1533           default:
1534               assert(false);
1535           }
1536
1537           assert(searching);
1538
1539           searching = false;
1540           activePosition = NULL;
1541           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1542           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1543
1544           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1545           // loop in case we are the last slave of the split point.
1546           if (    Threads.sleepWhileIdle
1547               &&  this != sp->masterThread
1548               && !sp->slavesMask)
1549           {
1550               assert(!sp->masterThread->searching);
1551               sp->masterThread->notify_one();
1552           }
1553
1554           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1555           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1556           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1557           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1558           sp->mutex.unlock();
1559       }
1560
1561       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1562       // their work at this split point, return from the idle loop.
1563       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1564       {
1565           this_sp->mutex.lock();
1566           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1567           this_sp->mutex.unlock();
1568           if (finished)
1569               return;
1570       }
1571   }
1572 }
1573
1574
1575 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1576 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1577 /// available time and thus stop the search.
1578
1579 void check_time() {
1580
1581   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1582   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1583
1584   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1585   {
1586       lastInfoTime = Time::now();
1587       dbg_print();
1588   }
1589
1590   if (Limits.ponder)
1591       return;
1592
1593   if (Limits.nodes)
1594   {
1595       Threads.mutex.lock();
1596
1597       nodes = RootPos.nodes_searched();
1598
1599       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1600       // all the currently active positions nodes.
1601       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1602           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1603           {
1604               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1605
1606               sp.mutex.lock();
1607
1608               nodes += sp.nodes;
1609               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1610               while (sm)
1611               {
1612                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1613                   if (pos)
1614                       nodes += pos->nodes_searched();
1615               }
1616
1617               sp.mutex.unlock();
1618           }
1619
1620       Threads.mutex.unlock();
1621   }
1622
1623   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1624   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1625                          && !Signals.failedLowAtRoot
1626                          && (   elapsed > TimeMgr.available_time()
1627                              || (   elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1628                                  && elapsed > IterationTime * 1.4));
1629
1630   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1631                    || stillAtFirstMove;
1632
1633   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1634       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1635       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1636       Signals.stop = true;
1637 }