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